DE4337570A1 - A method for analysis of glucose in a biological matrix - Google Patents

A method for analysis of glucose in a biological matrix

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse von Glucose in einer biologischen Matrix. The invention relates to a method for the analysis of glucose in a biological matrix.

Der Begriff "biologische Matrix" bezeichnet eine Körper flüssigkeit oder ein Gewebe eines lebenden Organismus. The term "biological matrix" refers to a body fluid or tissue of a living organism. Biologische Matrices, auf die sich die Erfindung bezieht, sind optisch heterogen, dh sie enthalten eine Vielzahl von Streuzentren, an denen eingestrahltes dicht gestreut wird. Biological matrices to which the invention relates, are optically heterogeneous, that is they contain a large number of scattering centers at which irradiated is tightly scattered. Im Falle von biologischem Gewebe, insbesondere Hautgewebe, werden die Streuzentren von den Zellwänden und anderen in dem Gewebe enthaltenen Bestandteilen ge bildet. In the case of biological tissue, especially skin tissue, the scattering centers of the cell walls and other components contained in the tissue forms ge.

Körperflüssigkeiten, insbesondere Blut, sind ebenfalls optisch heterogene biologische Matrices, weil sie Parti kel enthalten, an denen die Primärstrahlung vielfach ge streut wird. Body fluids, in particular blood, are also optically heterogeneous biological matrices because they contain Parti angle at which the primary radiation is widely spread ge. Auch Milch und andere in der Lebensmittel chemie zu untersuchende Flüssigkeiten enthalten vielfach eine hohe Konzentration von Streuzentren, beispielsweise in Form von emulgierten Fetttröpfchen. Milk and other foods in the chemistry to be examined fluids often contain a high concentration of scattering centers, for example in the form of emulsified fat droplets.

Zur qualitativen und quantitativen analytischen Bestim mung von Komponenten solcher biologischen Matrices werden im allgemeinen Reagenzien bzw. Reagenziensysteme einge setzt, deren Reaktion mit der jeweiligen Komponente zu einer physikalisch nachweisbaren Änderung der Reaktions lösung, beispielsweise einer Änderung ihrer Farbe führt, die als Meßgröße gemessen werden kann. For the qualitative and quantitative analytical Bestim mung of components of such biological matrices are generally reagents or reagent systems is set, their reaction with the respective component to a physically detectable change in the reaction solution, for example a change in its color leads, which can be measured as a measured variable , Durch Kalibration mit Standardproben bekannter Konzentration wird eine Korrelation zwischen den bei unterschiedlichen Konzentra tionen gemessenen Werten der Meßgröße und der jeweiligen Konzentration bestimmt. By calibration with standard samples of known concentration, a correlation between the at different Konzentra measured values ​​of the measured variable and the respective functions determined concentration.

Diese Verfahren ermöglichen zwar Analysen mit hoher Ge nauigkeit und Empfindlichkeit, machen es jedoch erforder lich, eine flüssige Probe, insbesondere eine Blutprobe, zur Analyse dem Körper zu entnehmen ("Invasive Analyse"). Although these methods allow analyzes with high accuracy and sensitivity Ge, however, make it erforder Lich, a liquid sample, in particular a blood sample for analysis to see the body ( "invasive analysis"). Diese Probenentnahme ist unangenehm und schmerzhaft und führt zu einem gewissen Infektionsrisiko. This sampling is unpleasant and painful and leads to a certain risk of infection.

Dies gilt vor allem, wenn eine Krankheit sehr häufige Analysen erforderlich macht. This is especially true when an illness requires very common analyzes. Das wichtigste Beispiel ist der Diabetes mellitus. The most important example is diabetes mellitus. Um schwere Folgeerkrankungen und kritische Zustände des Patienten zu vermeiden, ist es bei dieser Krankheit erforderlich, den Glucosegehalt des Blu tes sehr häufig oder sogar kontinuierlich zu bestimmen. To avoid severe complications and critical conditions of the patient, it is necessary in this disease to determine the glucose content of the Blu tes frequently or even continuously.

Es sind deshalb bereits eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen worden, um Glucose in Blut, Gewebe oder anderen biologischen Matrices in vivo und nicht-invasiv zu bestimmen. There are therefore already a variety of methods and devices have been proposed to determine glucose in blood, tissue or other biological matrices in vivo and non-invasively.

Ein Überblick über physikochemische (reagenzienfreie) Bestimmungen von Glucose in vivo wird gegeben in: JD Kruse-Jarres "Physicochemical Determinations of Glucose in vivo", J. Clin. An overview of physicochemical (reagent-free) provisions of glucose in vivo is given in JD Kruse-Jarres "Physicochemical Determinations of glucose in vivo", J. Clin. Chem. Clin. Chem. Clin. Biochem. Biochem. 26 (1988), 201-208. 26 (1988), 201-208. Als nicht-invasive Verfahren werden dabei unter anderem die Kernspinresonanz (NMR, nuclear magnetic resonance), Elektronenspinresonanz (ESR, electron spin resonance) sowie die Infrarotspektroskopie genannt. Among other things, the nuclear magnetic resonance (NMR, nuclear magnetic resonance), electron spin resonance (ESR, electron spin resonance) and infrared spectroscopy are mentioned as non-invasive procedures. Keines dieser Verfahren hat jedoch bis jetzt praktische Bedeutung erlangen können. None of these methods, however, can be of practical significance to date. Teilweise sind extrem große und aufwendige Apparaturen erforderlich, die für die Routineanalytik oder gar die Selbstkontrolle des Patienten (home monitoring) völlig ungeeignet sind. Partial extremely large and expensive equipment are required, for routine analysis or even the self-monitoring of patients (home monitoring) are completely unsuitable.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Teilgruppe solcher Verfahren, bei denen Licht von einem Lichtsender durch eine die biologische Matrix begrenzende Grenzfläche als Primärlicht in diese eingestrahlt und aus der biolo gischen Matrix durch eine diese begrenzende Grenzfläche austretendes Licht von einem Lichtempfänger detektiert wird, um eine durch die Wechselwirkung mit der biolo gischen Matrix (ohne Verwendung von Reagenzien) veränder liche physikalische Eigenschaft des Lichts zu bestimmen, die mit der Konzentration von Glucose in der biologischen Matrix korreliert. The invention relates to by a sub-group of such methods, in which light from a light emitter through a biological matrix boundary surface is irradiated as primary light into the latter and from the biolo gical matrix outgoing light is detected by a light receiver by this boundary surface, a the interaction with the biolo gical matrix (without the use of reagents) to determine Variegated Liche physical property of the light which correlates with the concentration of glucose in the biological matrix. Ein solcher Verfahrensschritt wird nachfolgend als "Detektionsschritt" bezeichnet. Such a process step is referred to as "detection step".

Die in einem Detektionsschritt bestimmte (detektierte) mit der Glucosekonzentration korrelierende physikalische Eigenschaft des Lichtes, die man auch als "quantifizier barer Parameter" (englisch: quantifiable parameter) be zeichnen kann, wird nachfolgend einfachheitshalber als "Meßgröße" bezeichnet. The determined in a detection step (detected) correlating with the glucose concentration physical property of light, which is also called as "quantifiable parameter Barer" can draw (English quantifiable parameters) be, is referred to for simplicity referred to as "measured variable". Dieser Begriff darf aber nicht dahingehend verstanden werden, daß ein bestimmter Betrag der Meßgröße in einer entsprechenden Maßeinheit gemessen werden muß. but this term should not be understood to the effect that a certain amount of the measured quantity to be measured in a corresponding unit.

Da die hier diskutierten Verfahren keine Absolutmessung der Glucosekonzentration ermöglichen, ist stets (ebenso wie bei den gebräuchlichen, auf chemischen Reaktionen ba sierenden Analyseverfahren) eine Kalibration erforder lich. Since the methods discussed herein allow no absolute measurement of the glucose concentration is always (as well as in the usual, to chemical reactions ba-stabilizing analysis method), a calibration erforder Lich. Üblicherweise wird in mindestens einem Kalibra tionsschritt, der meßtechnisch in gleicher Weise wie der Detektionsschritt ausgeführt wird, die Glucosekonzentra tion an einer biologischen Matrix mit bekannter Glucose konzentration bestimmt. Usually tion step in at least one Kalibra which is performed by measurement in the same manner as the detection step, the Glucosekonzentra tion determined concentration of a biological matrix with known glucose. Dabei kann die jeweilige Glucose konzentration in der biologischen Matrix mit irgendeinem vorbekannten Verfahren zur Bestimmung der absoluten Kon zentration der Glucose ermittelt werden. The respective glucose concentration can be determined in the biological matrix with any previously known method for determining the absolute concentration of glucose Kon.

In einem Auswerteschritt des Analyseverfahrens wird die Glucosekonzentration aus der Änderung der Meßgröße bei mindestens einem Detektionsschritt im Vergleich zu minde stens einem Kalibrationsschritt ermittelt. In an evaluation of the analysis method, the glucose concentration is determined from the change in the measured variable in at least one detection step, in comparison to minde least one calibration. Der Auswerte schritt umfaßt einen Auswertealgorithmus, in dem die Glucosekonzentration in vorbestimmter Weise aus den Ergebnissen von mindestens einem Detektionsschritt und mindestens einem Kalibrationsschritt ermittelt wird. The evaluation step comprises an evaluation algorithm in which the glucose concentration is determined in a predetermined manner from the results of at least one detection step and at least one calibration.

Die Wellenlängen des Lichts, die für solche Verfahren diskutiert werden, liegen allgemein zwischen etwa 300 nm und mehreren tausend nm, also im Spektralbereich zwischen dem nahen UV- und infrarotem Licht. The wavelengths of light that will be discussed for such procedures are generally between about 300 nm to several thousand nm, ie in the spectral range between near ultraviolet and infrared light. Der Begriff "Licht" darf nicht als Einschränkung auf den sichtbaren Spektral bereich des Lichtes verstanden werden. The term "light" must not be understood range of light as a limitation to the visible spectral.

Nahezu alle bekannten Verfahren dieser Art basieren auf den Prinzipien der Spektroskopie. Almost all known methods of this type are based on the principles of spectroscopy. Grundlage ist dabei die Wechselwirkung des eingestrahlten Primärlichtes mit Vibrations- und Rotationszuständen der zu analysierenden Moleküle. This is based on the interaction of the irradiated primary light with the vibrational and rotational states of molecules to be analyzed. Die Meßgröße ist dabei die Lichtintensität I, deren Abnahme durch Absorption in der biologischen Matrix in Abhängigkeit von der Wellenlänge L bestimmt wird. The measured variable is the light intensity I, the decrease is determined by absorption in the biological matrix in function of the wavelength L. Üb licherweise wird die Schwächung des Lichts als Extinktion E(L) = lg [I(L)/I₀(L)] ausgedrückt, wobei I die Intensi tät des Sekundärlichtes und I₀ die Intensität des Primär lichtes bezeichnen. Ov SHORT- the attenuation of the light as extinction E (L) = log [I (L) / I₀ (L)] is expressed, where I is the Intensi ty of the secondary light I₀ and the intensity of the primary denote bright. Um die Änderungen des Spektrums mit hinreichender Genauigkeit detektieren zu können, muß in dem Detektionsschritt ein hinreichender breiter Spektral bereich mit guter Wellenlängen-Auflösung erfaßt werden. In order to detect the changes of the spectrum with sufficient accuracy, a sufficient wide spectral range must be detected with good wavelength resolution in the detection step. Im allgemeinen wird die Extinktion bei mindestens zwei Wellenlängen, die sich um mindestens etwa 50 nm unter scheiden, mit einer Bandbreite des Lichts von weniger als 5 nm gemessen. In general, the absorbance is measured at at least two wavelengths which differ by at least about 50 nm with a bandwidth of light of less than 5 nm.

Die Vibrations- und Rotations-Grundzustände der Glucose befinden sich im IR-Bereich bei Wellenlängen von mehr als 2500 nm. Sie können wegen der starken Absorption des in biologischen Matrices stets in hoher Konzentration gegen wärtigen Wassers nicht für die nicht-invasive Analyse von Glucose verwendet werden. The vibration and rotation ground states of glucose are in the infrared range at wavelengths greater than 2500 nm. They can always be used due to the strong absorption of the in biological matrices in high concentration against wärtigen water not for the non-invasive analysis of glucose become. Im Bereich des nahen Infrarot (NIR) ist die Absorption des Wassers geringer (sogenann tes "Wasser-Transmissionsfenster"). In the near infrared (NIR) is the absorption of water lower (sogenann tes "water transmission window"). Die spektrale Analyse von Glucose in diesem Bereich basiert auf der Absorption durch Obertöne (overtones) und Kombinationsschwingungen der Vibrations- und Rotationsgrundzustände des Glucose moleküls (vgl. vorstehend zitierter Artikel von Kruse-Jarres und EP-A-0 426 358). The spectral analysis of glucose in this area is based molecule (see. The above-cited articles by Kruse Jarres and EP-A 0 426 358) on the absorption by harmonics (overtones), and combination of vibrations of the vibrational and rotational ground states of the glucose.

Die praktische Realisierung eines nicht-invasiven Glucose-Sensors auf Basis dieser Prinzipien verursacht außerordentlich große Schwierigkeiten, die vor allem dar aus resultieren, daß das Nutzsignal (die Änderung des Ab sorptions-Spektrums in Abhängigkeit von einer Änderung der Glucosekonzentration) sehr gering ist und diesem kleinen Nutzsignal ein großer Hintergrund von Störsigna len gegenübersteht, die insbesondere von der spektralen Absorption von Wasser und anderen stark absorbierenden Komponenten (unter anderem dem roten Blutfarbstoff Hämo globin) resultieren. The practical realization of a non-invasive glucose sensor based on these principles causes very great difficulties that arise primarily is made that the useful signal (the change of the ex sorption spectrum in response to a change in the glucose concentration) is very low and this small payload a large background of Störsigna len faces that (inter alia the red blood pigment hemo globin) result mainly from the spectral absorption of water or other strongly absorbing components.

Zur Lösung dieses Problems wurden zahlreiche unterschied liche Versuche unternommen. To solve this problem have been numerous different Liche attempts. Vielfach sollen dabei die Störeinflüsse durch eine geeignete Wahl der Meßwellen länge in Verbindung mit einer Differenzmessung eliminiert werden. In many cases, the interference by a suitable choice of the length measuring shafts in conjunction with a difference measurement to thereby be eliminated. Weit verbreitet ist vor allem die "Zwei-Wellen längen-Spektroskopie", bei der eine erste Meßwellenlänge so gewählt ist, daß die Glucose dort möglichst stark ab sorbiert, während eine zweite Wellenlänge als Referenz wellenlänge so gewählt ist, daß die Lichtabsorption möglichst weitgehend unabhängig von der Glucosekonzentra tion ist. Widely used is especially the "two-wave length spectroscopy", in which a first measurement wavelength is selected so that the glucose there as much as possible from sorbed, while a second wavelength of wavelength reference chosen so that the absorption of light as far as possible independently is from the Glucosekonzentra tion. Solche oder ähnliche Verfahren sind beispiels weise Gegenstand der EP-A-0 160 768, der WO 93/00856 und des US-Patentes 5,028,787. Such or similar processes are example, the subject of EP-A-0160768, WO 93/00856 and of US patent 5,028,787.

Trotz dieser Bemühungen ist es bisher nicht gelungen, einen praktisch funktionsfähigen nicht-invasiven Glucose sensor zur Verfügung zu stellen. Despite these efforts, it has so far failed to provide a practical functional non-invasive glucose sensor available.

Wesentlich realistischer ist die Möglichkeit, Substanzen, die optisch um mehrere Größenordnungen stärker als Glucose absorbieren, mit einem auf den Prinzipien der Spektralanalyse basierenden In-vivo-Sensor zu analysie ren. Das wichtigste Beispiel ist die Bestimmung des Hämo globins (Hb) bzw. dessen oxidierter Form HbO₂. More realistic is the possibility of substances that optically absorb stronger than glucose several orders of magnitude, reindeer to and analyzed by a factor based on the principles of spectral analysis in vivo sensor. The most important example is the determination of hemo globin (Hb) or its oxidized form HbO₂. Da diese Parameter Auskunft über den Oxigenierungszustand des Blutes geben, werden solche Sensoren auch als Oximeter bezeichnet. Since these parameters provide information about the Oxigenierungszustand of the blood, such sensors are also called oximeter. Aus der Literatur sind zahlreiche unter schiedliche Konstruktionen und Verfahren für nicht-in vasive Oximeter bekannt, wobei überwiegend mit der Zwei- Wellenlängen-Spektroskopie gearbeitet wird. Numerous under schiedliche constructions and methods for non-invasive oximeter in are known from the literature, by operating mainly with the two-wavelength spectroscopy. Verwiesen sei beispielsweise auf WO 89/01758, EP-A-0 286 142, EP-A-0 353 619, WO 91/17697 und das US-Patent 5,057,695. Reference may be made for example to WO 89/01758, EP-A-0 286 142, EP-A-0 353 619, WO 91/17697 and U.S. Patent 5,057,695.

In der europäischen Patentschrift 0 074 428 ist ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung von Glucose durch Laser-Lichtstreuung beschrieben. In European Patent 0074428 a Ver is driving and a device for the quantitative determination of glucose by laser light scattering described. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Glucosemoleküle einen durch die Lösung transmittierten Lichtstrahl streuen und daß sich daraus die Glucosekonzentration ableiten läßt. Here, it is assumed that the glucose molecules scatter transmitted through the solution, and that light beam can be derived from the glucose concentration. Entsprechend dieser Theorie wird die Raumwinkelverteilung der aus einer Untersuchungsküvette oder einem untersuch ten Körperteil austretenden transmittierten Lichtintensi tät als mit der Glucosekonzentration korrelierende Meß größe verwendet. According to this theory, the solid angle distribution of the emerging from a Untersuchungsküvette or examined th part of the body is transmitted Lichtintensi ty used as correlating with the glucose concentration measured variable. Insbesondere wird die Intensität des transmittierten Lichtes in einem Winkelbereich, in dem die Änderung in Abhängigkeit von der Glucosekonzentration möglichst groß ist, gemessen und in Beziehung zu der an dem Zentralstrahl, welcher die Probe in gerader Richtung durchdringt, gemessenen Intensität gesetzt. In particular, the intensity of transmitted light is in an angular range in which the change in function of the glucose concentration is as great as possible, measured and correlated to the to the central beam which passes through the sample in a straight direction, the measured intensity.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die analytische Bestimmung von Glucose in einer bio logischen Matrix zur Verfügung zu stellen, welches mit einfachen Mitteln, reagenzienfrei und nicht-invasiv ar beitet und eine gute Analysegenauigkeit, zum Beispiel für die Beobachtung der Änderung der Analytkonzentration (Verlaufskontrolle) über einen ausreichenden Zeitraum, ermöglicht. The object underlying the invention is to provide a method for the analytical determination of glucose in a bio logical matrix is ​​available, which of simple means, reagent-free and non-invasive ar beitet and a good accuracy of analysis, for example for observing the change analyte concentration (flow control) for a sufficient period of time possible.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren, welches mindestens einen Detektionsschritt und einen Auswerteschritt im Sinne der vorstehenden Erläuterungen umfaßt, dadurch ge löst, daß als mit der Glucose-Konzentration korrelierende meßbare Eigenschaft ein der Laufzeit des Lichtes inner halb der biologischen Matrix zwischen einem definierten Einstrahlungsort und einem definierten Detektionsort ent sprechender Parameter bestimmt wird. The object is achieved in a method which comprises explanations at least one detection step and an evaluation step in the sense of the foregoing, characterized ge solves that as with the concentration of glucose correlating measurable property, a run time of light within half of the biological matrix between a defined irradiation site and a defined detection ent speaking parameter is determined.

Eine wesentliche Grundlage der Erfindung ist die Erkennt nis, daß der mittlere optische Weg von Photonen innerhalb einer optisch heterogenen biologischen Matrix in über raschend starkem Maß von der Glucosekonzentration beein flußt wird. An essential principle of the invention is the nis recognizes that the mean optical path of photons within an optically heterogeneous biological matrix in a surprisingly strong degree is influ- impressed on the glucose concentration. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß diese Abhängigkeit groß genug ist, um die Glucosekonzentration ohne Reagenzien in-vivo mit ver tretbarem Aufwand zu bestimmen. In the present invention it has been found that this dependence is large enough to determine the glucose concentration without reagents in vivo with ver reasonable expense. Dieser erstaunliche Ef fekt läßt sich nach dem gegenwärtigen Kenntnisstand der Erfinder wie folgt erklären. This amazing ef fect can be determined by the present knowledge of the inventor as explained below.

Die Änderung der Glucosekonzentration führt zu einer Än derung des Brechungsindex der in der biologischen Matrix enthaltenen Flüssigkeit, in der die Glucose gelöst ist. The change in the glucose concentration leads to a Än alteration of the refractive index of the liquid present in the biological matrix, in which the glucose is released. Aus der Änderung des Brechungsindex wiederum resultiert eine Änderung der Lichtstreuung an den in der Matrix ent haltenen Streuzentren. From the change in refractive index in turn results in a change in the light scattering at the ent maintained in the matrix of scattering centers. Da die Änderung des Brechungsindex pro mmol nur etwa 0,002% beträgt, ist jeder einzelne Streuprozeß nur in sehr geringem Ausmaß von der Glucose konzentration abhängig. Since the change in refractive index per mmol is only about 0.002%, each individual scattering process is concentration dependent only to a very small extent from glucose. Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß sich dieser extrem kleine Effekt zur Analyse von Glucose praktisch nutzen läßt, wenn man einen Parameter, der für die Laufzeit von vielfach in der bio logischen Matrix gestreuten Photonen charakteristisch ist, erfaßt. In the present invention it has been found that this can take advantage of extremely small effect for the analysis of glucose convenient if a parameter which is characteristic for the duration of multiply scattered photons in the bio logical matrix is ​​detected. Mit anderen Worten ist die mittlere optische Weglänge der Photonen (die das Produkt aus der Laufzeit und der Lichtgeschwindigkeit in der Matrix ist) infolge einer Vielzahl von Streuprozessen zwischen Einstrahlungs ort und Detektionsort so stark von der Glucosekonzentra tion abhängig, daß ein der Laufzeit der Photonen entspre chender Parameter (nachfolgend: "Laufzeit-Parameter") als Maß für die Konzentration der Glucose in der biologischen Matrix verwendet werden kann. In other words, the average optical path length of the photons (which is the product of the transit time and the light velocity in the matrix) as a result of a plurality of scattering processes place between irradiance and the detection site so strong tion of the Glucosekonzentra dependent that a run time of photons entspre chender parameters: can be used as a measure of the concentration of glucose in the biological matrix (hereinafter "run-time parameters").

Als Laufzeit-Parameter in diesem Sinne ist jeder quanti fizierbare Parameter des Lichtes anzusehen, der mit der Laufzeit korreliert und unter den jeweiligen Meßbedingun gen überwiegend von der Laufzeit des Lichtes zwischen Einstrahlungsort und Detektionsort abhängt. As a run-time parameter in this sense every quanti fiable parameter of the light is considered, which correlates with the duration and under the respective Meßbedingun made primarily dependent on the transit time of the light between irradiation site and detection. Das "Bestimmen" eines Laufzeit-Parameters erfordert (ebenso wie bei bisher gebräuchlichen mit der Glucosekonzentra tion korrelierenden Meßgrößen) keine Absolutmessung. The "determining" a run-time parameter requires (as well as with previously customary correlated with the measured variables Glucosekonzentra tion) no absolute measurement. Es genügt, wenn als Ergebnis des Detektionsschrittes ein mit dem Laufzeit-Parameter eindeutig und reproduzierbar kor relierendes elektrisches Signal gewonnen wird, welches in dem Auswerteschritt in Beziehung zu einem auf gleicher Weise an einer biologischen Matrix mit bekannter Glucose konzentration bestimmten Wert des gleichen Laufzeit-Para meters gesetzt werden kann. It is sufficient if a unique and reproducible kor with the runtime parameters relierendes electrical signal obtained as a result of the detection step, which in the evaluation in relation to a concentration of a biological matrix with known glucose determined in the same manner value of the same runtime Para meters can be set.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird die Laufzeit direkt bestimmt, indem bei jeder Detektionsmes sung ein kurzer Impuls des Primärlichtes in die biolo gische Matrix eingestrahlt und der resultierende an dem Detektionsort austretende Impuls detektiert wird. According to a first embodiment of the invention, the propagation time is determined directly by solution irradiated, a short pulse of primary light into the biolo gical matrix at each Detektionsmes and the resulting emerging at the detection pulse is detected. Da die Laufzeit zwischen Einstrahlungsort und Detektionsort sehr kurz ist (sie liegt in der Größenordnung von 10 -9 sec) bedingt dies einen erheblichen meßtechnischen Aufwand. Since the transit time between irradiation site and detection is very short (it is on the order of 10 -9 sec), this requires a significant technical measurement effort.

Bevorzugt ist deswegen eine Verfahrensweise, bei der das Primärlicht mit einer Trägerfrequenz moduliert wird, so daß sich in der biologischen Matrix Lichtintensitätswel len ausbreiten, deren Wellenlänge dem Quotient aus der Lichtgeschwindigkeit in der biologischen Matrix und der Modulationsfrequenz entspricht. however is preferably a method in which the primary light is modulated with a carrier frequency, so that propagate in the biological matrix Lichtintensitätswel len whose wavelength corresponds to the quotient of the speed of light in the biological matrix and the modulation frequency. Dabei wird die Phasenver schiebung des Sekundärlichtes als Laufzeit-Parameter be stimmt. The Phasenver is shift of the secondary light as runtime parameters be true. In einem nichtabsorbierenden Medium ist die Lauf zeit dt unmittelbar linear von der Phasenverschiebung dΦ abhängig (dt = dΦ/Ω, wobei Ω die Modulationsfrequenz des Primärlichtes ist). In a non-absorbing medium, the travel time dt is directly linear function of the phase shift dΦ dependent (dt = dΦ / Ω, where Ω is the modulation frequency of the primary light). Unter den praktischen Bedingungen der vorliegenden Erfindung ist die Dämpfung durch Absorption verhältnismäßig gering, so daß diese Bedingung in guter Näherung gilt. Under the practical conditions of the present invention, the damping by absorption is relatively small so that this condition holds in good approximation.

Um die erforderliche Analysegenauigkeit zu gewährleisten ist eine Meßtechnik erforderlich, die die Bestimmung ex trem kleiner Phasenverschiebungen bei hohen Frequenzen mit sehr guter Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit er laubt. In order to ensure the required accuracy of analysis a measurement technique is required, determining ex tremely small phase shifts at high frequencies with excellent sensitivity and reproducibility he laubt. Solche meßtechnischen Verfahren sind bekannt. Such measuring techniques are known. Sie werden unter anderem auch für analytische Zwecke zur Be stimmung der Lebensdauer von fluoreszierenden Farbstoffen und für die zeitaufgelöste Spektroskopie (time resolved spectroscopy) verwendet. They are used among others for analytical purposes to Be atmospheric lifetime of fluorescent dyes and time-resolved spectroscopy (time resolved spectroscopy).

Die Bestimmung der Lebensdauer von fluoreszierenden Farb stoffen ist bei analytischen Verfahren gebräuchlich, die darauf basieren, den Analyt durch eine spezifische Bin dungsreaktion mit einer fluoreszierenden Markierung zu versehen. The determination of the lifetime of fluorescent color materials is commonly used in analytical methods based on the analyte through a specific bin extension reaction to be provided with a fluorescent label. Bei einem Teil solcher Verfahren wird die Fluoreszenz-Lebensdauer als Meßgröße bestimmt ("Phasen fluorometrie"). In some such methods, the fluorescence lifetime is determined as a measured variable ( "phase fluorometry"). Um die sehr kurzen Lebensdauern (in der Größenordnung von weniger als 100 psec.) bestimmen zu können, wurden Radiofrequenz (RF, radio frequency)-modu lierte Spektrometer entwickelt, die auf Basis einer Modu lation des Lichtes mit einer Frequenz zwischen etwa 100 MHz und mehreren GHz arbeiten. To the very short lifetimes (psec in the order of less than 100). To determine radio frequency (RF, radio frequency) -modu profiled spectrometers have been developed, based on a modu lation of light with a frequency between about 100 MHz and several GHz. Ein wichtiges Beispiel ist das Heterodyn-Verfahren, bei dem das von dem Meßemp fänger (Detektor) empfangene Signal mit einem zweiten periodischen Signal gemischt wird, dessen Frequenz sich von dem ersten Signal um wenige kHz unterscheidet. An important example is the heterodyne method, in which the drip from the Meßemp (detector) is mixed received signal with a second periodic signal whose frequency is different from the first signal by a few kHz. Das resultierende Differenzsignal kann verhältnismäßig ein fach mit einem Lock-in-Verstärker oder sonstigen schmal bandig selektierenden Verstärkungsverfahren aufbereitet und gemessen werden. The resulting difference signal can be rendered relatively or other narrow bandig be selected amplification method and a measured times with a lock-in amplifier. Eine leistungsfähige Apparatur für solche Messungen ist beschrieben in JR Lakowicz et al.: "2-GHz frequency-domain fluorometer", Rev. Sci. A powerful apparatus for such measurements is described in JR Lakowicz et al .: "2-GHz frequency-domain fluorometer", Rev. Sci. Instrum., 57 (1986), 2499-2506. Instrum., 57 (1986), 2499-2506. Ein Verfahren zur Analyse von Glucose mit Hilfe der Phasenmodulations-Flourometrie ist aus JR Lakowicz und B. Maliwal: "Optical sensing of glucose using phase-modulation fluorimetry", Analytica Chimica Acta, 271, (1993) 155-164 bekannt. A method for analysis of glucose using phase modulation is Flourometrie from JR Lakowicz and B. Maliwal: "Optical sensing of glucose using phase-modulation fluorimetry", Analytica Chimica Acta, known 271, (1993) 155-164. Es handelt sich dabei um einen In-vitro-Test, bei dem die Probe in konventioneller Weise invasiv entnommen und mit den erforderlichen Reagenzien, die eine fluoreszierende Mar kierung enthalten, gemischt werden muß. This is an in vitro test in which the sample taken invasively in a conventional manner and must be mixed with the required reagents containing a fluorescent Mar kierung.

Die zeitaufgelöste Spektroskopie als Verfahren zur In-vivo-Analyse geht auf B. Chance zurück und wird von dem Autor vor allem als Weiterentwicklung der Zwei-Wellen längen-Spektroskopie empfohlen (vgl. die US-Patente 4,972,331, 5,119,815, 5,122,974, 5,167,230 und 5,187,672). The time-resolved spectroscopy as a method for in vivo analysis goes back to B. Chance and is recommended by the author primarily as a development of two-shaft lengths spectroscopy (see., US Patents 4,972,331, 5,119,815, 5,122,974, 5,167,230 and 5,187,672 ). Die darin gegebenen Beispiele beziehen sich auf stark absorbierende Substanzen, insbesondere Pigmente und die oben erwähnen Oxigenierungsparameter Hb und HbO₂. The examples given herein relate to strongly absorbing substances, in particular pigments and the above-mentioned Oxigenierungsparameter Hb and HbO₂.

Es geht dabei um eine Lösung für ein grundlegendes Pro blem bei der Spektroskopie streuender Medien (wie bei spielsweise biologischer Gewebe), nämlich die Unkenntnis über die optische Weglänge. It involves a solution to a basic Pro problem in spectroscopy scattering media (such as game as biological tissue), namely, the lack of knowledge about the optical path length. Deren Kenntnis ist erforder lich, um die gemessenen Absorptionsspektren quantifizie ren und die Konzentration eines absorbierenden Stoffes berechnen zu können. Knowledge of which is erforder Lich, to calculate the measured absorption spectra quantification ren and the concentration of an absorbent material. In einem nichtstreuenden Medium ent spricht die optische Weglänge der Küvettenlänge. In a non-scattering medium ent the optical path length of the cuvette is speaking. In einem streuenden Medium ist sie dagegen durch die Vielzahl der Streuvorgänge statistisch verteilt. In a scattering medium is, however, distributed randomly through the plurality of scattering processes. Mittels der zeitauf gelösten und der RF-modulierten Spektroskopie ist es mög lich, die statistisch verteilte mittlere optische Weg länge im streuenden Medium zu messen bzw. dem jeweiligen Absorptionswert zuzuordnen. By means of the zeitauf dissolved and the RF modulated spectroscopy, it is possible, please include measuring the average optical path length statistically distributed in the scattering medium respectively allocated to the respective absorption value.

Eine neue Entwicklung auf diesem Gebiet ist beschrieben in: A. Duncan et al. A new development in this area is described in: A. Duncan et al. "A multiwavelength, wide band, intensity modulated optical spectrometer for near infrared spectroscopy and imaging", Proc. "A multi-wavelength, wideband, intensity modulated optical spectrometer for near infrared spectroscopy and imaging", Proc. SPIE 1888 (1993), 248-257. SPIE 1888 (1993), 248-257.

Die in den vorstehenden Publikationen beschriebenen Ver fahren zur Bestimmung der Laufzeit bzw. der Phasenver schiebung als Laufzeit-Parameter eignen sich auch für die vorliegende Erfindung. The Ver described in the above publications continue to determine the duration or the Phasenver shift as runtime parameters are also suitable for the present invention. Hinsichtlich der Meßtechnik kann deswegen im wesentlichen auf die bekannten und publizier ten Verfahren Bezug genommen werden. With regard to the measurement technique can therefore be taken substantially on the known and · Publishing th reference method. Die Erfindung unter scheidet sich jedoch vor allem dadurch grundlegend von der zeitaufgelösten Spektroskopie, daß sie nicht auf der wellenlängenabhängigen Absorption des Analyts basiert, dh es handelt sich nicht um ein spektroskopisches Ver fahren. However, the invention differs primarily by the fact fundamentally different from the time-resolved spectroscopy in that it is not based on the wavelength-dependent absorption of the analyte, that it is not a spectroscopic Ver drive. Wie nachfolgend dargelegt wird, ist die Absorp tion durch die Glucose selbst in optimalen Wellenlängen- Bereichen so gering, daß sie die Laufzeit des Lichts in einer biologischen Matrix nicht meßbar beeinflußt. As set forth below, the Absorp tion is by the glucose even in optimal wavelength regions is so small that it does not measurably affect the travel time of light in a biological matrix. Dar über hinaus wird vorzugsweise außerhalb der unter spek troskopischen Gesichtspunkten scheinbar optimalen Wellen längenbereiche gemessen. Dar beyond is preferably measured outside the wavelength ranges among spectral spectrometric points apparently optimal waves. Die bei spektroskopischen Ver fahren erforderliche Messung bei mindestens zwei scharf definierten Wellenlängen in einem breiten Spektralbereich ist bei der Erfindung nicht erforderlich. The in spectroscopic measurement Ver required driving at least two sharply defined wavelength in a wide spectral range is not required in the invention. Vielmehr genügt eine Messung bei einer Wellenlänge ohne aufwendige Maß nahmen zur schmalbandigen Selektion (z. B. Filterung) des Primär- oder des Sekundärlichts. Rather satisfies a measurement at a wavelength without complicated measure measures (z. B. filtering) for narrow-band selection of the primary or the secondary light.

Im Vergleich zu vorbekannten Verfahren zur nicht-invasi ven reagenzienfreie Glucosebestimmung, insbesondere den Versuchen, die Glucosekonzentration in streuenden biolo gischen Matrices spektroskopisch zu bestimmen, bietet die Erfindung vor allem folgende Vorteile: Compared to previously known methods for non-Invasion War ven reagent-free determination of glucose, in particular the attempts to determine the glucose concentration in scattering is biological matrices spectroscopy, the invention offers the following advantages:

  • - Die Bestimmung der Laufzeit-Parameter ist weitgehend unabhängig von der absoluten Lichtintensität des de tektierten Sekundärlichts. - The determination of the run-time parameter is largely independent of the absolute light intensity of the de tektierten secondary light. Dadurch wirken sich Schwan kungen in der optischen Ankopplung des Lichtsenders bzw. des Lichtempfängers an die Grenzfläche der Matrix auf die Meßgenauigkeit praktisch nicht aus. Characterized fluctuations have an effect in the optical coupling of the light transmitter and the light receiver at the interface of the matrix on the measurement accuracy practically insufficient.
  • - Die Meßgenauigkeit wird weniger durch Änderungen der optischen Absorption von stark absorbierenden Störsub stanzen, wie insbesondere des roten Blutfarbstoffes und des Wassers beeinflußt. - The accuracy of measurement is less punch through changes in the optical absorption of highly absorbent Störsub as influenced in particular the red blood pigment and water. Diese Störungen sind von entscheidender Bedeutung bei spektroskopischen Verfah ren. Beispielsweise führen bereits kleine Schwankungen des Blutvolumens in einem untersuchten Gewebe zu so starken Schwankungen der gemessenen Sekundärintensi tät, daß dieses Störsignal um mehrere Größenordnungen größer als das spektroskopische Nutzsignal ist. These disorders are ren crucial in spectroscopic methods. In example, even small variations in blood volume in a tissue under examination so ty to strong fluctuations of the measured Sekundärintensi that this interfering signal is several orders of magnitude greater than the spectroscopic payload. Zwar sind auch die Laufzeit-Parameter nicht völlig unabhän gig von Änderungen der optischen Absorption in der Matrix, jedoch ist der Störeinfluß geringer. Although the run-time parameters are not fully indepen gig of changes in the optical absorption in the matrix, however, the interference effect is lower. Außerdem kann die Wellenlänge des Primärlichts in Spektral bereiche gelegt werden, in denen die Absorption der Störsubstanzen verhältnismäßig gering und vor allem konstant ist. In addition, the wavelength of the primary light in spectral regions can be placed in which the absorption of interfering substances is relatively low, and especially constant.
  • - Die Abhängigkeit der Laufzeit von der Glucosekonzen tration ist so groß, daß schon mit relativ kurzen Meßabständen zwischen Einstrahlungsort und Detektions ort von weniger als 4 cm (vorzugsweise höchstens 3 cm, besonders bevorzugt höchstens 2 cm) in einem Haut gewebe eine ausreichende Meßgenauigkeit erreichbar ist. - The dependence of the duration of the glucose concen tration is so great that even with relatively short measurement distances between the irradiation site and the detection site is less than 4 cm (preferably not more than 3 cm, more preferably at most 2 cm) in a skin tissue, a sufficient measurement accuracy is achievable , Dies ist von großer Bedeutung, weil einerseits bei größeren Meßabständen die Intensität des Sekundär lichts so gering wird, daß es mit vertretbarem meß technischem Aufwand nicht mehr detektiert werden kann und weil andererseits in der Haut die Glucosekonzen tration vorzugsweise dicht unter der Hautoberfläche gemessen werden sollte. This is of great importance because the intensity of the secondary becomes so small on the one hand in larger measurement distances light that it can no longer be detected with reasonable technical effort and because should be measured in the skin, the glucose concen tration preferably close to the skin surface on the other. Je größer der Meßabstand ist, desto mehr konzentriert sich die Messung auf tiefere Gewebeschichten. The larger the measuring distance is, the more the measurement focused on deeper tissue layers.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert; The invention is explained in more detail below based on examples shown in the figures; es zeigen show it

Fig. 1 Ein Absorptionsspektrum von Glucose in Wasser in einem ersten Wellenlängenbereich für unter schiedliche Glucosekonzentrationen; 1 shows an absorption spectrum of glucose in water in a first wavelength range for under schiedliche glucose concentrations.

Fig. 2 ein Differenz-Absorptionsspektrum von Glucose in Wasser gegen reines Wasser in einem zweiten Wellenlängenbereich für unterschiedliche Glucosekonzentrationen; FIG. 2 shows a differential absorption spectrum of glucose in water against pure water in a second range of wavelengths for different glucose concentrations;

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausfüh rungsform der Erfindung, bei der die Laufzeit des Lichts direkt bestimmt wird; Fig. 3 is a schematic representation of a first exporting approximately of the invention, in which the light travel time is directly determined;

Fig. 4 eine graphische Darstellung eines mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 gemessenen Sekundär licht-Impulses; Figure 4 is a graphical representation of a measured with a device according to Figure 3 the secondary light pulse..;

Fig. 5 eine graphische Darstellung von einer mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 gemessenen Korrela tion zwischen Laufzeit und Glucose-Konzen tration; . Fig. 5 is a graphical representation of a measured with a device according to Figure 3 correla tion between duration and glucose concen tration;

Fig. 6 ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Phasenverschiebung des Lichts bestimmt wird; Figure 6 is a block diagram for explaining a second embodiment in which the phase shift of the light is determined of the invention.

Fig. 7 eine graphische Darstellung von einer mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 6 gemessenen Korrelation zwischen Phasenverschiebung und Glucose-Konzen tration; Fig. 7 is a graph of concentration of a measured with a device according to Figure 6 is correlation between phase shift and glucose concentrators.

Fig. 8 eine Prinzipdarstellung der Anordnung von Ein strahlungs- und Detektionsorten bei einer wei teren Ausführungsform der Erfindung zur Bestim mung der Phasenverschiebung als Laufzeit-Para meter; Fig. 8 is a schematic representation of the arrangement of a radiation and detection sites at a more advanced white embodiment of the invention for the determina tion of the phase shift as a run-time meter Para;

Fig. 9 eine schematische Aufsicht auf eine biologische Matrix zur Verdeutlichung der Positionierung von zwei Einstrahlungsorten und einem Detek tionsort bei einer weiteren bevorzugten Aus führungsform der Erfindung in Verbindung mit einer graphischen Darstellung zur Verdeutli chung des dabei erzielten Effektes. Fig. 9 is a schematic plan view of a biological matrix for illustrating the positioning of two irradiation sites and a Detek tionsort in a further preferred execution of the invention in conjunction with a graphical representation for Verdeutli monitoring the effect achieved thereby.

Fig. 1 zeigt ein Absorptionsspektrum von Glucose in Was ser. FIG. 1 shows an absorption spectrum of glucose in what is ser. Aufgetragen ist dabei der dekadische Logarithmus der Relation aus gemessener Intensität und eingestrahlter In tensität (lg I/I₀) in Transmission für eine Küvettendicke von 1 cm und vier Glucosekonzentrationen, nämlich 0, 1, 5 und 10%. the decadic logarithm of the ratio of measured intensity and irradiated in this case is plotted intensity (lg I / I₀) in transmission for a cuvette of 1 cm and four glucose concentrations, namely 0, 1, 5 and 10%. Man erkennt, daß sich die Spektren für diese vier Konzentrationen nur in einem kleinen Wellenlängen bereich bei etwa 980 nm geringfügig unterscheiden. It can be seen that the spectra of these four concentrations differ only in a small range of wavelengths slightly at about 980 nm. Der maximale Signalunterschied zwischen dem Meßwert von reinem Wasser und der 10%-igen Glucoselösung bei dieser Wellenlänge ist kleiner als 2%. The maximum signal difference between the measured value of pure water and 10% solution of glucose at this wavelength is smaller than 2%. Bei anderen Wellenlängen ist der unterschied noch wesentlich geringer. At other wavelengths the difference is still much lower. Dabei ist die in dem Experiment verwendete Variation der Glucose konzentration sehr viel größer als die reale physiologi sche Glucosekonzentration. The variation of the glucose used in the experiment is concentration much larger than the real physiological specific glucose concentration. Bezogen auf eine realistische Glucoseänderung im physiologischen Bereich von 100 mg/dl entspricht die Änderung bei 980 nm weniger als 0,02%. Based on a realistic glucose change in the physiological range of 100 mg / dl corresponds to the change at 980 nm was less than 0.02%. Die Änderung dI/dC des Meßsignals I in Abhängigkeit von der Glucosekonzentration C wird nachfolgend als "rela tiver Signalhub (relativ signal change)" bezeichnet und quantitativ in % je 100 mg/dl Änderung der Glucosekon zentration ausgedrückt. The change dI / dC of the measurement signal I as a function of the glucose concentration C is referred to as "rela tive signal swing (relative signal change)" and is expressed quantitatively concentration in% per 100 mg / dl change in the Glucosekon.

Fig. 2 zeigt ein ähnliches Spektrum im anschließenden Wellenlängenbereich zwischen etwa 1100 nm und 2500 nm. Es handelt sich dabei um ein Differenzspektrum für Glucose konzentrationen zwischen 0 und 600 mg/dl gegen reines Wasser. Fig. 2 shows a similar spectrum in the subsequent wavelength range between about 1100 nm and 2500 nm. This is a difference spectrum for glucose concentrations between 0 and 600 mg / dl against pure water. Negative Werte bedeuten dabei eine im Vergleich zum reinen Wasser verringerte Absorption. Negative values ​​indicate it decreased compared to the pure water absorption. Dabei beträgt die maximale nutzbare Änderung der Signalintensität ins gesamt weniger als 0,3%, also im Mittel weniger als 0,05% je 100 mg/dl Änderung der Glucosekonzentration. In this case, the maximum usable change in the signal intensity from total less than 0.3%, with an average of less than 0.05% per 100 mg / dl change in the glucose concentration.

Die Fig. 1 und 2 zeigen insgesamt, daß über weite Spektralbereiche die Abhängigkeit der optischen Absorp tion von der Glucosekonzentration extrem gering ist. Figs. 1 and 2 together show that over wide spectral ranges the dependence of the optical Absorp tion of the glucose concentration is extremely low. Als Spektralbereiche mit einer "geringen" Abhängigkeit der Absorption von der Glucosekonzentration werden die Wel lenlängenbereiche angesehen, in denen der relative Signalhub dI/dC bei einer Transmissionsmessung an einer klaren Glucoselösung weniger als 0,01% je 100 mg/dl Änderung der Glucosekonzentration beträgt. As spectral regions with a "low" dependence of the absorption on the glucose concentration, the Wel be considered lenlängenbereiche in which the relative signal dI / dC is at a transmission measurement of a clear solution of glucose is less than 0.01% per 100 mg / dl change in the glucose concentration. Aufgrund der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Meßergebnisse könn ten in diesem Spektralbereich am ehesten die Wellenlängen um etwa 980 nm, 1410 nm, 1890 nm und 2100 nm zur Analyse der Glucose geeignet sein. Due to the position shown in Figs. 1 and 2, measurement results could wavelengths by about 980 nm, 1410 nm, 1890 nm to 2100 nm for analysis of the glucose most likely to be suitable in this spectral th.

Aus den Meßdaten der Fig. 1 und 2 läßt sich ableiten, daß selbst bei den "spektroskopisch optimalen" Wellenlän gen die Absorption einer wäßrigen Glucoselösung eine so geringe Abhängigkeit von der Glucosekonzentration zeigt, daß durch solche Absorptionsänderungen verursachte Ände rungen der Laufzeit des Lichtes um mehrere Größenordnun gen zu gering wären, um praktisch meßbar zu sein. Can be from the measurement data of Figs. 1 and 2 be deduced that the gene itself with the "spectroscopic optimal" Wellenlän the absorption of an aqueous glucose solution shows such a small dependence on the glucose concentration that amendments caused by such absorption changes approximations of the running time of the light around several gen orders of magnitude would be too small to be practical measurable. Dies belegt, daß die im Rahmen der Erfindung festgestellte Korrelation zwischen der Laufzeit des Lichts in einer biologischen Matrix und der Glucosekonzentration keines falls mit der Absorption durch die Glucose erklärt werden kann. This indicates that the observed in the invention correlation between the duration of light in a biological matrix and the glucose concentration if none can be explained by the absorption by the glucose.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind die in den Fig. 1 und 2 mit römischen Ziffern bezeichneten Wellen längenbereiche mit geringer Absorption einer wäßrigen Glucose-Lösung besonders bevorzugt, nämlich: . Within the scope of the present invention, the waves referred to in Figures 1 and 2 with Roman numerals are longitudinal regions with low absorption of an aqueous glucose solution particularly preferred, namely:

  • I. 400 bis 600 nm I. 400 to 600 nm
  • II. 750 bis 850 nm, vorzugsweise 780 bis 825 nm, be sonders bevorzugt 800 bis 805 nm II. 750 to 850 nm, preferably 780-825 nm, preferably 800 to be Sonders 805 nm
  • III. III. 1050 bis 1350 nm, vorzugsweise zwischen 1200 und 1300 nm und 1050 to 1350 nm, preferably 1200-1300 nm and
  • IV. 1600 bis 1800 nm, vorzugsweise 1630 bis 1770 nm, besonders bevorzugt 1630 nm bis 1670 nm oder 1730 nm bis 1770 nm. IV. 1600-1800 nm, preferably from 1630 to 1770 nm, particularly preferably 1630 nm to 1670 nm or 1730 nm to 1770 nm.

Das Primärlicht sollte bevorzugt näherungsweise monochro matisch sein. The primary light should preferably be approximately monochro automatically. "Monochromatisch" ist dabei im praktischen Sinne dahingehend zu verstehen, daß der überwiegende Teil der Intensität in einem definierten Wellenlängenbereich mit einem ausgeprägten Maximum emittiert wird, bzw. die Messung in einem entsprechend begrenzten Wellenlängenbe reich erfolgt. "Monochromatic" is to be understood in a practical sense to the effect that the majority of the intensity being emitted in a defined wavelength range with a pronounced maximum, and the measurement is performed in a correspondingly limited Wellenlängenbe rich. Die Halbwertsbreite sollte weniger als 100 nm, bevorzugt weniger als 50 nm betragen. The half-width should be less than 100 nm, preferably less than 50 nm. Im Gegen satz zu den spektroskopischen Verfahren zur nicht-invasi ven Glucose-Analyse können relativ breitbandige Licht quellen (mit Halbwertsbreiten größer als 20 nm) wie bei spielsweise Leuchtdioden oder andere Halbleiter-Licht quellen ohne anschließende spektrale Selektion eingesetzt werden. In contrast to the spectroscopic method of non-Invasion War ven glucose analysis relatively broadband light sources can be used as game as light emitting diodes or other semiconductor light sources without subsequent spectral selection (with half-value widths larger than 20 nm). Hierdurch werden die Kosten für die Apparatur er heblich verringert. This makes the cost of the apparatus will he considerably reduced. Soweit hier auf "die Wellenlänge" der Lichtquelle bzw. des Primärlichts Bezug genommen wird, bezieht sich diese Aussage auf die Wellenlänge des Intensitätsmaximums. In so far as the "wavelength" of the light source and the primary light is referred to, this statement refers to the wavelength of the maximum intensity.

Im Gegensatz zu den bekannten spektroskopischen Verfahren ist es ausreichend, wenn der Detektionsschritt bei je weils nur einer Wellenlänge durchgeführt wird. In contrast to the known spectroscopic method, it is sufficient if the detecting step is performed depending weils by at only one wavelength. Die Tatsa che, daß das Meßsignal von der Wellenlänge weitgehend un abhängig ist, ermöglicht es, für die Messung solche Wel lenlängenbereiche auszuwählen, bei denen die Störungen durch stark absorbierende Substanzen möglichst gering sind. The Tatsa che that the measurement signal is largely un dependent on the wavelength, it allows to select lenlängenbereiche for measuring such Wel, in which the interference by highly absorbent substances are minimized. In dem Bereich um 802 nm ist die gemessene Intensi tät näherungsweise unabhängig von dem Konzentrationsver hältnis zwischen Hb und HbO₂, weil diese Substanzen dort einen isosbestischen Punkt besitzen. In the range around 802 nm the measured Intensi ty is approximately independent of the Konzentrationsver ratio between Hb and HbO₂, because these substances have an isosbestic point. Dies gilt auch in einem breiten isosbestischen Bereich zwischen 1200 und 1300 nm. Zusätzlich ist in diesem Bereich die Absorption von Hämoglobin und Wasser etwa gleich groß. This also applies in a broad isosbestic range 1200 to 1300 nm. In addition, in this region, the absorption of hemoglobin and water is about the same size. Dadurch er gibt sich eine besonders gute Unabhängigkeit der gemesse nen Intensität von dem Verhältnis von Hb, HbO₂ und H₂O. Thus it is a particularly good independence of precisely measured NEN intensity on the ratio of Hb, HbO₂ and H₂O.

Im Rahmen der experimentellen Erprobung der Erfindung hat sich gezeigt, daß verhältnismäßig kurze Wellenlängen, insbesondere zwischen 400 und 600 nm wegen der damit ver bundenen verhältnismäßig geringen Eindringtiefe in biolo gisches Gewebe besonders vorteilhaft sein können. As part of the experimental testing of the invention has been shown that comparatively short wavelengths, particularly between 400 and 600 nm because of that ensued relatively low depth of penetration into biolo gical tissue can be particularly advantageous. Aus experimentellen Beobachtungen bestehen Anhaltspunkte, daß dies insbesondere wegen der gleichmäßigeren Verteilung des Blutes in den obersten Hautschichten und möglicher weise auch wegen einer besseren Korrelation der Glucose konzentration mit der Blutglucose vorteilhaft ist. From experimental observations there are indications that this is particularly advantageous because of the even distribution of blood in the top layers of skin and possibly also owing to better correlation of glucose concentration with blood glucose.

Fig. 3 zeigt schematisiert einen experimentellen Aufbau zur Messung der Laufzeit an einer lediglich symbolisch als Rechteck dargestellten biologischen Matrix 10 . Fig. 3 shows diagrammatically an experimental setup for measuring the propagation time at a only symbolically shown as a rectangle biological array 10. In Kontakt mit einer Grenzfläche 11 der biologischen Matrix 10 befindet sich ein Meßkopf 12 . In contact with a boundary surface 11 of the biological matrix 10 there is a measuring head 12th Die biologische Matrix 10 ist vorzugsweise Hautgewebe, insbesondere an der Fin gerbeere, der Oberbauchdecke, dem Nagelbett, der Lippe, der Zunge oder dem inneren Oberarm des Menschen, wobei in diesem Fall die Grenzfläche 11 von der Hautoberfläche ge bildet wird. The biological matrix 10 is preferably skin tissue, gerbeere particular on the fin, the upper abdominal wall, the nail bed, the lip, the tongue or the inner upper arm of the human, the interface 11 forms ge from the skin surface in this case. Auch am Gewebe der Skleren kann eine erfin dungsgemäße Analyse vorteilhaft durchgeführt werden. Also, the tissue of the sclera can be advantageously carried out OF INVENTION dung proper analysis.

Von einer insgesamt mit 14 bezeichneten Laufzeit-Meßein richtung führen Glasfaser-Lichtleitkabel 15 und 16 zu dem Meßkopf 12 . Of a designated overall by 14 time-of-MESSEIN directional fiber optic light pipe 15 and 16 lead to the measuring head 12th Das eine Lichtleitkabel 15 dient zum Ein strahlen von Licht in die biologische Matrix an einem Einstrahlungsort 17 und wird als Sender-Lichtleitkabel bezeichnet, während das andere Lichtleitkabel 16 zur De tektion von an einem Detektionsort 18 austretendem Licht dient und deswegen als Detektions-Lichtleitkabel bezeich net wird. One light pipe 15 is for a ray of light into the biological matrix at a light irradiation site 17 and is referred to as a sender fiber optic cable while the other fiber optic cable 16 to the De tektion of exiting at a detection site 18 light is used and therefore, as detection light pipe designated net becomes.

Der Meßkopf 12 enthält weiterhin Mittel, um die Tempera tur der biologischen Matrix 10 in dem Meßbereich zwischen dem Einstrahlungsort 17 und dem Detektionsort zu messen und gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kon stant zu halten. The measuring head 12 further includes means the tempera ture of the biological matrix 10 in the measuring area between the irradiation site 17 and the detection site to be measured and to keep con stant according to another preferred embodiment. Symbolisch in Fig. 3 dargestellt sind zu diesem Zweck ein zentral angeordneter IR-Temperatur sensor 19 und ein ringförmiger Widerstands-Heizleiter 20 . Are represented symbolically in Fig. 3 for this purpose a centrally located IR temperature sensor 19 and a ring-shaped resistor grid lines 20. Die Heizleistung des Heizleiters 20 wird mit einer nicht dargestellten Regelung so geregelt, daß die Temperatur in dem Meßbereich konstant gehalten wird. The heat output of the heat conductor 20 is controlled by an unillustrated control so that the temperature is kept constant in the measuring range.

Die Laufzeit-Meßeinrichtung besteht im wesentlichen aus einem modengekoppelten Festkörperlaser als Lichtquelle und einer Streak-Kamera als Detektor. The running time measuring device consists essentially of a mode-locked solid-state laser as a light source and a streak camera as the detector.

Der Festkörper-Laser 22 ist im dargestellten Fall ein Titan-Saphir-Laser, der von einem Argon-Gas-Laser 23 über zwei Umlenkspiegel 24 und 25 optisch gepumpt wird. The solid-state laser 22 is in the illustrated case, a titanium sapphire laser, which is of an argon gas laser 23 via two deflecting mirrors 24 and 25 optically pumped. Man erhält dabei kurze Lichtpulse mit einer Impulsdauer von etwa 2 ps (2·10 -12 sec) und einer Wiederholungsrate von 82 MHz. This gives short light pulses with a pulse duration of about 2 ps (2 x 10 -12 sec) and a repetition rate of 82 MHz. Die Wellenlänge des Lichts war bei dem Versuchs aufbau zwischen 740 und 900 nm, also im nahen Infrarot- Bereich, durchstimmbar. The wavelength of light was in the test setup 740 to 900 nm, so in the near infrared range, tunable. Die mittlere Ausgangsleistung des verwendeten Festkörper-Lasers lag bei ca. 1 W. The average output power of the solid-state laser used was about 1 W.

Das Licht des Festkörper-Lasers 22 wird über zwei Strahl teiler 26 , 27 in das Sender-Lichtleitkabel 15 eingekop pelt. The light of the solid state laser 22 is about two beam splitters 26, eingekop in the transmitter fiber optic cable 15 27 pelt. Durch den ersten Strahlteiler 26 wird ein Teil des Lichts auf eine Photodiode 28 gelenkt, deren Signal zur Synchronisation der als Detektor verwendeten Streak- Kamera 29 dient. By the first beam splitter 26 a part of the light is directed onto a photodiode 28, the signal is used to synchronize the Streak- used as the detector camera 29th

Von dem zweiten Strahlteiler 27 wird ein weiterer Teil strahl zu einer Verzögerungsstrecke 30 abgelenkt, die im dargestellten Fall aus einem weiteren Umlenkspiegel 31 , einem 180°-Reflexionsprisma 32 und einem Glasfaser-Licht leitkabel 33 zur Verbindung mit der Streak-Kamera 29 be steht. From the second beam splitter 27 is a further part beam is deflected to a delay line 30, the 33 is in the illustrated case of a further deflection mirror 31, a 180 ° -Reflexionsprisma 32 and a fiber-optic light guide cable for connection to the streak camera 29 be. Somit wird sowohl das über die Lichtleitkabel 15 und 16 durch die biologische Matrix 10 geleitete Licht als auch das über die Verzögerungsstrecke 30 geleitete Licht in gleicher Weise von der Streak-Kamera 29 gemes sen. Thus, both the light guided via the light pipe 15 and 16 through the biological matrix 10 and the light through the delay path 30 guided light gemes in the same way from the streak camera 29 is sen.

Vor der eigentlichen Analysemessung erfolgt eine Justie rung der Zeitachse der Laufzeit-Meßeinrichtung 14 . Before the actual measurement, an analysis is carried out Justie tion of the time axis of the running time measuring device fourteenth Dazu werden die Enden der Glasfaser-Lichtleitkabel 15 , 16 aus dem Meßkopf 12 herausgenommen und dicht zusammengebracht. For this purpose, the ends of the fiber optic light pipe 15, 16 removed from the measuring head 12 and tightly brought together. Dieser Zustand entspricht einer Laufzeit t=0. This state corresponds to a duration t = 0th Bei der ei gentlichen Messung befinden sich die Enden der Lichtleit kabel 15 und 16 an dem Einstrahlungsort bzw. dem Detekti onsort 18 in einem definierten Meßabstand D auf der Grenzfläche 11 der biologischen Matrix 10 . When ei tual measurement, the ends of the light guide cable are onsort 15 and 16 to the irradiation site or the Detekti 18 in a defined measuring distance D on the boundary surface 11 of the biological matrix 10th In diesem Zu stand wird die Verzögerungsstrecke 30 so lange verändert, bis in dem zeitlichen Abbildungsfenster der Streak-Kamera sowohl das über die Verzögerungsstrecke 30 laufende Refe renzsignal als auch das über die Kabel 15 , 16 laufende Meßsignal erfaßt wird. In this stand to the delay line 30 is changed until in the temporal imaging window of the streak camera, both the delay line 30 via the current Refe rence signal and the over the cables 15, 16 current measurement signal is detected. Auf diese Weise kann die Laufzeit zwischen Einstrahlungsort 17 und Detektionsort 18 mit einer Genauigkeit von wenigen ps gemessen werden. In this way, the propagation time between the irradiation site 17 and the detection site 18 with an accuracy of a few ps can be measured.

Ein typisches Ergebnis einer solchen Messung ist in Fig. 4 dargestellt. A typical result of such a measurement is shown in Fig. 4. Es zeigt den zeitlichen Verlauf der an dem Detektionsort 18 gemessenen Lichtintensität, der aus ei nem Impuls des Festkörper-Lasers 22 resultiert. It shows the time course of the measured light intensity at the detection site 18, which results from egg nem pulse of the solid-state laser 22nd Man er kennt, daß der kurze Delta-Impuls des Primärlichts durch die Mehrfachstreuung in der biologischen Matrix 10 und die dadurch mögliche Vielzahl von verschieden langen Wegen von dem Einstrahlungsort zu dem Detektionsort 18 stark verbreitert ist. One he knows that the short delta impulse of the primary light by the multiple scattering in the biological matrix 10 and thereby possible plurality of different long distances from the irradiation site to the detection site 18 is greatly broadened. Die Halbwertsbreite des darge stellten Sekundärlicht-Impulses beträgt ca. 1 ns. The half-width of Darge presented secondary light pulse is about 1 ns.

Aus dem Verlauf des Sekundärlicht-Impulses läßt sich die mittlere Laufzeit <t< des Lichts zwischen Einstrahlungs ort 17 und Detektionsort 18 berechnen, die der mittleren optischen Weglänge zwischen diesen beiden Orten ent spricht. From the course of the secondary light pulse, the mean transit time <t ort can <irradiance of the light between 17 and charge detection site 18, which speaks ent of the average optical path length between these two places. In Fig. 4 ist diese mittlere Laufzeit einge zeichnet. In FIG. 4, this average operating time is taken distinguished. Sie beträgt ca. 1,2 nsec. It amounts to about 1.2 nsec.

Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der mittleren Laufzeit <t< in ps von der Glucosekonzentration in mmol. Fig. 5 shows the dependence of the mean transit time <t <ps in the concentration of glucose in mmol. Dabei wurde als Experimentalmodell einer biologischen Matrix eine Suspension von Latex-Partikeln (Durchmesser ca. 2,5 µm) in Wasser verwendet, der ein IR-Farbstoff zugesetzt wurde. In this case, a suspension of latex particles (diameter about 2.5 microns) in water was used as an experimental model of a biological matrix, which has been added an IR dye. Die Konzentration der Partikel und des Farbstoffs wurden dabei so gewählt, daß Absorptions- und Streukoef fizient etwa den für Gewebe typischen Werten entsprachen. The concentration of the particles and the dye were selected so that absorption and Streukoef fizient approximately corresponded to the typical tissue values. Der Meßabstand D zwischen Einstrahlungsort 17 und Detek tionsort 18 betrug ca. 15 mm. The measuring distance D between the irradiation site 17 and Detek tionsort 18 was about 15 mm.

Fig. 5 zeigt deutlich, daß die mittlere Laufzeit <t< mit zunehmender Glucosekonzentration abnimmt. Fig. 5 clearly shows that the mean transit time <t <decreases with increasing glucose concentration. Obwohl dieser Effekt verhältnismäßig klein ist, kann er mit guter Ge nauigkeit bestimmt werden. Although this effect is relatively small, it can be determined with good accuracy Ge. Dabei ist im Vergleich zur in-vivo-Analyseverfahren für Glucose, die auf der Messung einer Lichtintensität basieren, ein besonderer Vorteil darin zu sehen, daß der Meßparameter Laufzeit eine we sentlich geringere Abhängigkeit von einer reproduzierba ren Einkopplung bzw. Auskopplung des Lichts am Einstrah lungsort- bzw. Auskopplung des Lichts am Einstrahlungs- bzw. Detektionsort zeigt. In this case, in comparison to the in vivo analysis techniques for glucose based on the measurement of a light intensity to see a particular advantage of the fact that the measurement parameters runtime lungsort a we sentlich less dependence on a reproduzierba ren coupling or decoupling of the light at Einstrah - or coupling the light at the irradiation or the detection site is.

Fig. 6 zeigt beispielhaft als Blockschaltbild den Aufbau einer Einrichtung zur Messung der Phasenverschiebung. Fig. 6 shows an example of a block diagram the structure of a device for measuring the phase shift. Das Meßprinzip (Heterodyn-Verfahren) wird auch bei der Pha senfluorometrie angewendet. The measurement principle (heterodyne method) is also applied to the Pha senfluorometrie.

Ein Frequenzgenerator 40 erzeugt eine hochfrequente har monische Schwingung, mit der (über eine nicht darge stellte Verstärkerschaltung) ein Lichtsender 43 , bei spielsweise eine Leuchtdiode, angesteuert wird. A frequency generator 40 generates a high frequency har monic vibration, with the (a not presented Darge amplifier circuit), a light transmitter 43, in game as a light emitting diode, is driven. Dadurch wird das von dem Lichtsender 43 ausgehende Primärlicht mit einer hochfrequenten Frequenz moduliert, die als Trä gerfrequenz bezeichnet wird. Characterized the light emanating from the light emitter 43 primary light is modulated with a high frequency, which is referred to as Trä gerfrequenz. Die Frequenz sollte mehr als 50 MHz, vorzugsweise mehr als 200 MHz, besonders bevor zugt mehr als 500 MHz betragen. The frequency should be greater than 50 MHz, preferably greater than 200 MHz, particularly before Trains t more than 500 MHz.

Das Licht des Lichtsenders 43 wird ebenso wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 über ein erstes Glasfaser- Lichtleitkabel 15 an einem Einstrahlungsort 17 als Pri märlicht in die biologische Matrix 10 eingestrahlt. The light of the light transmitter 43 is same as in the embodiment of FIG. 3 via a first fiber optic light pipe 15 at an irradiation site 17 märlicht as Pri in the biological matrix 10 irradiated. Das an einem Detektionsort 18 aus der biologischen Matrix 10 austretende Licht wird über ein Detektions-Lichtleitkabel 16 auf einen Lichtempfänger (Detektor) 44 übertragen. The light exiting at a detection site 18 from the biological matrix 10, light is transmitted through a detection light pipe 16 onto a light receiver (detector) 44th Dessen Ausgangssignal wird einem Signalmischer 45 zuge führt. Its output signal is a signal mixer 45, respectively. An dem Signalmischer 45 liegt gleichzeitig das Ausgangssignal eines zweiten Frequenzgenerators 41 an, der mit dem Frequenzgenerator 40 synchronisiert ist und dessen Ausgangsfrequenz sich nur geringfügig (beispiels weise um 10 KHz) von dem des ersten Frequenzgenerators 40 unterscheidet. The output signal of a second frequency generator 41 is applied to the signal mixer 45 at the same time, which is synchronized with the frequency generator 40 and whose output frequency is only slightly (example example 10 KHz) is different from that of the first frequency generator 40th Die Differenz-Frequenz ist so gewählt, daß sie mit einem Lock-in-Verstärker problemlos synchroni siert werden kann. The difference frequency is that it can easily be synchroni Siert with a lock-in amplifier selected.

Das Ausgangssignal des Mischer 45 liegt am Eingang eines Lock-in-Verstärkers 46 an. The output of mixer 45 is applied to the input of a lock-in amplifier 46th Als Referenzsignal erhält der Lock-in-Verstärker 46 das unmittelbare Mischsignal der Frequenzgeneratoren 40 und 41 , deren Ausgangssignale über einen zweiten Mischer 47 gemischt werden. As a reference signal of the lock-in amplifier 46 receives the direct mixing signal of the frequency generators 40 and 41 whose output signals via a second mixer 47 are mixed.

Der Lock-in-Verstärker 46 erzeugt zwei Ausgangssignale, die dem Realteil bzw. dem Imaginärteil des periodischen Meßsignals entsprechen. The lock-in amplifier 46 generates two output signals corresponding to the real part and the imaginary part of the periodic measurement signal. Daraus lassen die Phasendiffe renz, die AC-Amplitude und die DC-Amplitude, jeweils be zogen auf das Referenzsignal, berechnen. This can be the difference in phase Conference, the AC amplitude and the DC amplitude, each be subject to the reference signal, calculate. Die Phasenver schiebung des an dem Detektionsort 18 gemessenen Sekun därlichts in Relation zu dem an dem Einstrahlungsort 17 eingestrahlten Primärlicht ist ein Maß für die Laufzeit des Lichts in der biologischen Matrix und somit ein Maß für die Glucosekonzentration. The displacement of the Phasenver measured at the detection site 18 seconding därlichts in relation to the irradiated at the irradiation site 17 primary light is a measure for the duration of the light into the biological matrix and thus a measure of the glucose concentration.

Fig. 7 zeigt Meßergebnisse, die mit einer Meßapparatur mit dem prinzipiellen Aufbau gemäß Fig. 6 gewonnen wur den. Fig. 7 shows measurement results, the WUR obtained with a measurement apparatus with the basic structure shown in FIG. 6 the. Untersucht wurde eine Suspension von Fetttröpfchen in Wasser (Intralipid), welche sich in einer Küvette mit einer Dicke von 25 mm befand. Analyzes a suspension of fat droplets in water (Intralipid), which was located in a cell with a thickness of 25 mm. Die Messung erfolgte in Transmission, wobei die Lichtleitfasern für die Einstrah lung des Primärlichts und die Detektion des Sekundär lichts auf gegenüberliegenden Seiten der Küvette unmit telbar auf die Küvettenwand aufgesetzt wurden. The measurement was performed in transmission, wherein the optical fibers for the Einstrah development of the primary light and the detection of the secondary light were placed on opposite sides of the cuvette UNMIT telbar to the cuvette.

Dargestellt ist das Verhalten der Phasenverschiebung als Funktion der Glucosekonzentration für eine Meßwellenlänge L=690 nm. Die Phasenverschiebung entspricht dem negativen Produkt aus der Kreisfrequenz der Modulation ε und der Änderung der Laufzeit δt und ist deshalb als -Ωδt be zeichnet. Shown the behavior of the phase shift as a function of glucose concentration for a measurement wavelength L = 690 nm features. The phase shift corresponds ε the negative product of the angular frequency of the modulation and .DELTA.t the change of the running time and therefore be as -Ωδt. Die in Fig. 7 dargestellte Zunahme dieser Meß größe entspricht somit einer Abnahme der Laufzeit, steht also im Einklang mit dem in Fig. 5 dargestellten Meßer gebnis. The increase of this parameter, shown in Fig. 7 thus corresponds to a decrease in the running time, therefore is consistent with the example shown in Fig. 5 Meßer result.

Zur Bestimmung der absoluten Glucosekonzentration ist bei jeder Ausführungsform der Erfindung eine Kalibration er forderlich, bei der gleichartige Detektionsschritte an einer biologischen Matrix mit bekannter Glucosekonzentra tion ausgeführt werden. For determining the absolute concentration of glucose in each embodiment of the invention a calibration it is conducive to be executed in the similar detection steps in a biological matrix with known Glucosekonzentra tion. Durch solche Kalibrationsmessun gen gewinnt man in üblicher Weise eine Kalibrationskurve, die die funktionale Abhängigkeit der Glucosekonzentration von dem Laufzeit-Parameter beschreibt. Such Kalibrationsmessun gene is obtained a calibration curve that describes the functional dependence of the glucose concentration of the transit-time parameter in a conventional manner. Bei einem geraden Verlauf der Kalibrationskurve sind im Regelfall zwei Ka librations-Detektionsmessungen bei zwei unterschiedlichen Glucosekonzentrationen erforderlich. For a straight course of the calibration curve Ka librational two detection measurements are required as a rule at two different glucose concentrations. Bei einem gekrümmten Verlauf wird eine größere Anzahl von Kalibrationsmessun gen durchgeführt. In a curved course a larger number of Kalibrationsmessun is performed gen.

Der Vorteil der Phasenverschiebung (als "indirekter" Laufzeit-Parameter) im Vergleich zu der unmittelbaren Be stimmung der Laufzeit liegt, wie erwähnt, darin, daß mit einem wesentlich geringeren meßtechnischen Aufwand eine ausreichende Genauigkeit erreicht werden kann. is the advantage of the phase shift (as an "indirect" run-time parameters) in comparison with the Be immediate humor of the term, as mentioned, is that a sufficient accuracy can be achieved with much lower metrological effort. Zahlreiche Varianten elektronischer Schaltungen zur Messung einer solchen Phasenverschiebung sind bekannt und können auch bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Numerous variants of electronic circuits for measurement of such a phase shift are known and can be used in the present invention. Inso fern wird insbesondere auf die weiter oben genannten Pu blikationen zur Phasenfluorometrie und zur zeitaufgelö sten Spektroskopie Bezug genommen. In so far will in particular those mentioned above Pu blikationen reference is made to the phase fluorometry and zeitaufgelö most spectroscopy.

Bei solchen Verfahren wird häufig zusätzlich zu der Pha senverschiebung auch die Wechselstromamplitude (AC-Ampli tude) der Modulation des Sekundärlichts (in Relation zu der entsprechenden Modulation des Primärlichts) bestimmt. In such methods, in addition to the Pha the AC amplitude senverschiebung (AC-Ampli tude) of the modulation of the secondary light is determined (in relation to the corresponding modulation of the primary light) frequently. Auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird vorzugs weise die AC-Amplitude des Sekundärlichts bestimmt und in dem Auswerteschritt zur Ermittlung der Glucosekonzentra tion verwendet, insbesondere um Meßfehler durch Konzen trationsänderungen stark absorbierender Substanzen zu eliminieren. Also in the context of the present invention, the AC amplitude of the secondary light is preferential as determined and used in the evaluation step to determine the Glucosekonzentra tion, and in particular to measuring errors due concentrator trationsänderungen highly absorbent substances to be eliminated.

Weiterhin wird vielfach auch die Größe des Gleichstrom- Signalanteils (dh die DC-Amplitude) des Sekundärlichts in Relation zu der DC-Amplitude des Primärlichts bei sol chen Messungen bestimmt. Further, the size of the DC signal component (ie, the DC amplitude) determines the secondary light in relation to the DC amplitude of the primary light in sol chen measurements often. Auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Detektion der DC-Komponente des Sekun därlichts (in Relation zu der DC-Komponente des Primär lichts) in dem Auswerteschritt zusätzlich zu der Phasen verschiebung verwendet werden, um die Meßgenauigkeit zu optimieren und Fehler durch Störeinflüsse zu minimieren. Also in the context of the present invention, the detection of the DC component of the seconding därlichts (in relation to the DC component of the primary light) in the evaluation step in addition to the phases are used shift in order to optimize the measuring accuracy and minimize errors caused by interference ,

Wie erwähnt, kann es besonders bevorzugt sein, mit einer im Vergleich zur vorbekannten Verfahren außerordentlich hohen Frequenz von mehr als 500 MHz zu messen. As mentioned, it can be particularly preferred to measure with an extraordinarily high compared to previously known methods frequency greater than 500 MHz. Dies ist im Rahmen der Erfindung vor allem deshalb vorteilhaft, weil dadurch eine geringe Eindringtiefe des Lichtweges zwischen Einstrahlungsort und Detektionsort erreicht wird und somit gezielt die Glucosekonzentration in den ober sten Hautschichten gemessen werden kann. This is especially advantageous in the invention because it provides a low penetration depth of the light path between irradiation site and detection is achieved, and thus targeting the glucose concentration can be measured in the top most skin layers.

Zur Verbesserung der Genauigkeit kann es zweckmäßig sein, das Primärlicht mit mehreren unterschiedlichen Trägerfre quenzen zu modulieren und dabei jeweils die Phasenver schiebung als Laufzeit-Parameter zu bestimmen. To improve accuracy, it may be appropriate to modulate the primary light sequences with several different Trägerfre and in each case the Phasenver shift to determine the run-time parameters.

Die geometrischen Bedingungen hinsichtlich der Abmessun gen des Einstrahlungsortes 17 und des Detektionsortes 18 , hinsichtlich der Anordnung dieser Orte auf der Grenzflä che 11 der biologischen Matrix 10 und insbesondere hin sichtlich des Meßabstandes D können im Einzelfall empi risch festgelegt werden. The geometrical conditions concerning the Abmessun gene of the irradiation site 17 and the detection site 18, with respect to the arrangement of these places on the Grenzflä surface 11 of the biological matrix 10 and in particular as regards the measurement distance D can be set empi driven in each case. Dabei sind folgende Grundregeln zu beachten. The following basic rules must be observed.

Die Begriffe "Einstrahlungsort" und "Detektionsort" sind geometrisch verstehen, nämlich als der Teilbereich der Grenzfläche einer biologischen Matrix, an dem Lichtstrah len, die bei dem jeweiligen Detektionsschritt für den er mittelten Laufzeit-Parameter bestimmend sind, durch die Grenzfläche hindurchtreten. The terms "irradiation" and "detection site" are understood geometrically, namely, as the portion of the interface of a biological matrix, len to the Shafts of Light that for which it is decisive for the respective detection step mediated run-time parameters, pass through the interface. Soweit nachfolgend Angaben über Distanzen zwischen Einstrahlungsort und Detektions ort gemacht werden, beziehen sich diese auf die Mitte des jeweiligen Einstrahlungsortes bzw. Detektionsortes, je weils betrachtet in Richtung des Abstandes (dh der kürzesten Verbindung) zwischen Einstrahlungsort und De tektionsort. Extent that the following information on distances between irradiation site and detection site to be made, these relate to the center of the respective irradiation site and detection site, depending weils viewed in the direction of the distance (ie, the shortest distance) between the irradiation site and tektionsort De.

Um die Laufzeit mit guter Auflösung einem bestimmten Meß abstand zuordnen zu können, sollte die Dimension des Ein strahlungsortes und des Detektionsortes in Richtung des genannten Abstandes nicht zu groß sein. to assign to the term with good resolution a certain measuring distance, the dimension of a radiation site and the detection site in the direction of said distance should not be too large. Vorzugsweise be trägt sie weniger als 2 mm, besonders bevorzugt weniger als 1 mm. Preferably, be it contributes less than 2 mm, more preferably less than 1 mm.

Um die für den erfindungsgemäßen Effekt erforderliche Vielfachstreuung des Lichts in der biologischen Matrix zu gewährleisten, müssen der Einstrahlungsort und der Detek tionsort relativ zueinander so angeordnet sein, daß das Licht auf dem Weg zwischen Einstrahlungsort und Detekti onsort vielfach gestreut worden ist. To ensure the required effect for the inventive multiple scattering of light in the biological matrix, the irradiation site and the Detek tionsort must be arranged relative to each other so that light on the path between the irradiation site and Detekti onsort often has been scattered. Dies läßt sich durch eine ausreichende Länge des Meßabstandes gewährleisten. This can be ensured by a sufficient measuring distance. Typischerweise liegt die mittlere freie Weglänge von Photonen in Gewebe oder Blut zwischen etwa 0,01 mm und 0,1 mm. Typically, the mean free path of photons in tissue or blood between about 0.01 mm and 0.1 mm. Der Lichtweg innerhalb der biologischen Matrix ist stets länger als die direkte Verbindung zwischen Ein strahlungsort und Detektionsort. The light path within the biological matrix is ​​always longer than the direct connection between an irradiation location and the detection site. Demzufolge ist schon bei einem Meßabstand von wenigen Millimetern die "Vielfach streuungsbedingung" gewährleistet. Consequently, even at a measuring distance of a few millimeters, the "multiple scattering condition" is guaranteed.

Um eine möglichst große Abhängigkeit des Meßsignals von der Glucosekonzentration zu erhalten, sollte der Meßab stand zwischen dem Einstrahlungsort und dem Detektionsort möglichst groß sein. In order to obtain the greatest possible dependence of the measured signal on the glucose concentration, the Meßab should stand as large as possible between the irradiation site and the detection site. Oberhalb einer im Einzelfall experi mentell zu bestimmenden Grenze wird jedoch durch die abnehmende Intensität des Sekundärlichts das Signal/Rauschverhältnis schlecht. Above a in each individual case experimental Mentell to be determined limit, however, is determined by the decreasing intensity of the secondary light, the signal / noise ratio poor. Vorzugsweise sollte deswegen der Meßabstand kleiner als 4 cm, bevorzugt klei ner als 3 cm, besonders bevorzugt kleiner als 2 cm sein. Preferably, therefore, the measuring distance should be smaller than 4 cm, preferably klei ner than 3 cm, more preferably be less than 2 cm. Diese Meßabstände sind deutlich kleiner als die Abstände, die im Rahmen der zeitaufgelösten Spektroskopie disku tiert werden. This measuring distances are considerably smaller than the distances are the DISKU advantage in the context of time-resolved spectroscopy. Auch hierdurch wird der in Relation zu be kannten Verfahren außerordentlich starke Effekt der vor liegenden Erfindung verdeutlicht. Also hereby the known methods to be extremely strong in relation the effect is illustrated in front lying invention. Obwohl bei der zeitauf gelösten Spektroskopie der Oximetrie-Parameter die Licht absorption des Analyten um mehrere Größenordnungen stärker ist, werden dort die großen Meßabstände für er forderlich gehalten, um eine ausreichend große Abhängig keit der Phasenverschiebung von der Analyt-Konzentration zu erreichen. Although the light absorption of the analyte is stronger in the zeitauf dissolved spectroscopy oximetry parameters several orders of magnitude, the large measuring distances are held there conducive for it to reach a large enough Depending ness of the phase shift of the analyte concentration. Die Tatsache, daß bei der erfindungsgemäßen Glucosebestimmung trotz der um mehrere Größenordnungen geringeren Absorption der Glucose das Meßsignal größer ist, zeigt, daß der vorliegenden Erfindung ein völlig anderer Wechselwirkungs-Mechanismus zwischen dem Licht und der biologischen Matrix zugrunde liegt. The fact that despite the lower orders of magnitude absorption of glucose, the measurement signal is greater in the inventive determination of glucose, shows that the present invention an entirely different mechanism interaction between the light and the biological matrix is ​​based.

Zur Optimierung der Meßgenauigkeit kann es besonders vor teilhaft sein, den mit der Glucosekonzentration korrelie renden Laufzeit-Parameter bei mehreren unterschiedlichen Meßabständen zwischen Einstrahlungsort und Detektionsort zu bestimmen und die somit ermittelte funktionale Abhän gigkeit der Laufzeit des Lichts von dem Meßabstand zwi schen Einstrahlungsort und Detektionsort in dem Auswerte schritt zur Ermittlung der Glucosekonzentration zu ver wenden. In order to optimize the measuring accuracy, it may be particularly against some way to determine the korrelie with the glucose concentration in power runtime parameters at several different measurement distances between the irradiation site and the detection site and the thus determined functional depen dependence of the duration of the light from the measuring distance Zvi rule irradiation site and the detection site in the evaluation step to ver contact to determine the glucose concentration.

Fig. 8 dient zur Verdeutlichung einer weiteren bevorzug ten Ausführungsform, bei der das Primärlicht in dem De tektionsschritt gleichzeitig an zwei verschiedenen Ein strahlungsorten 17 a, 17 b eingestrahlt wird. Fig. 8 is used to illustrate a further Favor th embodiment in which the primary light in the De tektionsschritt simultaneously in two different locations, a radiation 17 a, 17 b is irradiated. Dabei überla gern sich die in der Figur symbolisch dargestellten in der biologischen Matrix propagierenden Lichtintensitäts wellen 51 , 52 . In this case, like Überla the propagating in the biological matrix light intensity shown symbolically in the figure waves 51, 52nd Bei geeigneter Wahl der Versuchsbedingun gen, die im folgenden näher erläutert werden, kann mit einer solchen Anordnung an einem zwischen den Einstrah lungsorten 17 a und 17 b befindlichen Detektionsort 18 die Änderung einer Meßgröße des detektierten Lichtes festge stellt werden, die besonders empfindlich von Unterschie den der Laufzeit des Lichtes zwischen den beiden Ein strahlungsorten 17 a, 17 b und dem dazwischen angeordneten Detektionsort 18 abhängt. With suitable choice of Versuchsbedingun gene, which are described in more detail below, can be lung locate between the Einstrah 17 a and b the detection site 18 located 17 Festge the change of a measured quantity of the detected light provides with such an arrangement at one, are particularly sensitive to differences in the the running time of the light between the two A radiation locate 17 a, 17 b and said intermediate detection site 18 depends.

Der Effekt, der der bevorzugten Anordnung gemäß Fig. 8 zugrunde liegt, wird anhand von Fig. 9 erläutert. The effect is based on the preferred arrangement of FIG. 8 will be explained based on Fig. 9. Zu nächst muß klargestellt werden, daß es sich um eine Über lagerung von Lichtintensitätswellen und nicht etwa um die Interferenz von Lichtwellen handelt. At next must be made clear that this is an over-storage of light intensity waves and not to the interference of light waves. Die Wellenlänge der Intensitätswellen entspricht dem Quotienten aus der Phasengeschwindigkeit der Welle im Medium und der Modula tionsfrequenz und läßt sich auf etwa 0,1 m abschätzen. The wavelength of the intensity of waves corresponds to the quotient of the phase velocity of the wave in the medium and the Modula tion and frequency can be estimated to about 0.1 m.

Um die gewünschte hohe Nachweisempfindlichkeit zu errei chen, wird die Intensität, Modulationstiefe und Phasen lage des an den Einstrahlungsorten 17 a und 17 b einge strahlten Primärlichts so aufeinander abgestimmt, daß in der Umgebung des Detektionsortes eine minimale AC-Ampli tude und eine maximale Abhängigkeit des gemessenen Signals als Funktion einer Änderung des Detektionsortes zu beobachten ist. To Chen Errei the desired high detection sensitivity, the intensity modulation depth and phases position of the matched to the irradiation sites 17 a and 17 b irradiated primary light with each other so that in the vicinity of the detection site, a minimal AC-Ampli tude and a maximum depending on the the measured signal is observed as a function of a change in the detection site. Fig. 9 zeigt in der oberen Hälfte eine graphische Darstellung des aus der Überlagerung resultierenden AC-Signalanteils für den Fall, daß zwei Einstrahlungsorte in gleichen Meßabständen D von +2 cm bzw. -2 cm von einem in der Mitte dazwischen angeordneten Detektionsort 18 angeordnet sind. Fig. 9 shows in the upper half a plot of the results from the superposition of the AC signal component in the event that two irradiation sites are disposed at equal measurement distances D by +2 cm and -2 cm from one arranged in the middle between detection location 18 , Eine solche Anordnung ist in der unteren Hälfte von Fig. 9 dargestellt. Such an arrangement is shown in the lower half of Fig. 9.

Bei gleichem Abstand und gleicher Intensität der Licht quellen ist die genannte Bedingung erfüllt, wenn das Pri märlicht an den Einstrahlungsorten 17 c und 17 d etwa ge genphasig (dh mit 180° Phasenverschiebung) moduliert wird. Swell at the same distance and the same intensity of light, the above condition is met when the Pri märlicht to the irradiation sites 17 c and 17 d as Ge genphasig (ie with a 180 ° phase shift) is modulated.

Wenn sich bei einer solchen Anordnung der mittlere Licht weg zwischen einem der Einstrahlungsorte und dem Detekti onsort stärker ändert als zwischen dem anderen Einstrah lungsort und dem gleichen Detektionsort, so wird auch der Bereich des Phasensprungs verschoben. If more changes in such an arrangement, the central light path between one of the irradiation sites and the Detekti onsort than between the other Einstrah lungsort and the same detection site, as also the area of ​​the phase jump is postponed. Diese Verschiebung läßt sich wesentlich empfindlicher als bei einer Anord nung mit nur einem Einstrahlungsort nachweisen, wenn sich der Detektionsort in dem steilen Bereich der Kurve gemäß Fig. 9 befindet. This shift can be much more sensitive than a Anord voltage detected with only one irradiation if the detection site is in the steep portion of the curve of FIG. 9.

Zum Nachweis der Konzentration der Glucose läßt sich die ser Effekt nutzen, wenn Änderungen der Glucose-Konzentra tion den Lichtweg auf der einen Seite der Anordnung stär ker beeinflussen als auf der anderen Seite. For detecting the concentration of glucose, the ser effect can be used, where changes in glucose concentra tion ker affect the optical path on one side of the assembly Staer than on the other side. Diese Bedin gung läßt sich dadurch erfüllen, daß sich der Meßabstand D1 zwischen dem ersten Einstrahlungsort und dem Detekti onsort von dem Meßabstand D2 zwischen dem zweiten Ein strahlungsort und dem Detektionsort unterscheidet, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. This Bedin supply can thereby fulfill that the measurement distance D1 is onsort between the first irradiation and the Detekti irradiation location of the measuring distance D2 between the second input and the detection site is different, as shown in Fig. 8. Alternativ kann man im Falle der Untersuchung eines Gewebes die Plazierung des Meßkopfes auf der Gewebeoberfläche (und somit der Ein strahlungsorte und des Detektionsortes) so wählen, daß auf dem Lichtweg zwischen dem ersten Einstrahlungsort und dem Detektionsort ein größeres Blutgefäß liegt, während sich zwischen dem zweiten Einstrahlungsort und dem Detek tionsort kein vergleichbar großes Blutgefäß befindet. Alternatively, one may in the case of examination of a tissue (radiation places and therefore the A and the detection site) the placement of the measuring head on the tissue surface chosen so that on the optical path between the first irradiation site and the detection site a larger blood vessel is located, while the second between the irradiation site and the Detek tionsort no comparable large blood vessel is located. In diesem Fall kann auch mit gleichen Abständen zwischen Einstrahlungsort und Detektionsort auf beiden Seiten der Anordnung (wie in Fig. 9 dargestellt) gearbeitet werden. In this case, the arrangement may (as shown in Fig. 9) with equal distances between the irradiation site and the detection site on both sides to work.

Zur Nutzung des anhand der Fig. 8 und 9 erläuterten Effekts muß sich der Detektionsort in dem Sinne "zwischen" den Einstrahlungsorten befinden, daß er inner halb der Grenzgeraden 52 , 53 liegt, die senkrecht zu der Verbindungslinie 54 beider Einstrahlungsorte 17 c, 17 d durch diese verlaufen. To use the effect explained with reference to FIGS. 8 and 9, the detection site, in the sense that he inner half of the boundary line 52 is 53, which is perpendicular to the connecting line 54 of the two irradiation sites 17 c, 17 d must be located "between" the irradiation sites, pass through them. Bevorzugt liegt der Detektionsort in der Nachbarschaft der Verbindungsgeraden 54 und jeden falls innerhalb eines Grenzkreises 55 , der durch beide Einstrahlungsorte verläuft. Preferably, the detection site is located in the vicinity of the connecting line 54 and in any case within a limit circle 55 which passes through both irradiation sites. Auch bei unterschiedlichen Meßabständen D1, D2 beträgt die Phasendifferenz der Modu lation des an den beiden Einstrahlungsorten 17 a, 17 b ein gestrahlten Primärlichts näherungsweise 180°. Even at different measuring distances D1, D2, the phase difference of the modu lation of the amounts at the two irradiation sites 17 a, 17 b a blasted primary light approximately 180 °.

Claims (27)

1. Verfahren zur analytischen Bestimmung der Konzentra tion von Glucose in einer biologischen Matrix, bei welchem 1. A method for the analytical determination of the concentra tion of glucose in a biological matrix, wherein
in einem Detektionsschritt Licht von einem Lichtsen der durch eine die biologische Matrix begrenzende Grenzfläche als Primärlicht in diese eingestrahlt und aus der biologischen Matrix durch eine diese begren zende Grenzfläche austretendes Licht von einem Licht empfänger detektiert wird, um eine durch die Wechsel wirkung mit der biologischen Matrix veränderliche meßbare physikalische Eigenschaft des Lichtes zu be stimmen, die mit der Konzentration von Glucose in der biologischen Matrix korreliert und in a detection step light as the primary light is irradiated from a Lichtsen the limiting by a biological matrix interface in these and from the biological matrix outgoing light is detected receiver by a light through a this begren collapsing interface to a through the interaction with the biological matrix agree variable measurable physical property of the light to be correlated with the concentration of glucose in the biological matrix and
in einem Auswerteschritt die Glucosekonzentration auf Basis der Änderung der bei mindestens einem Detekti onsschritt bestimmten physikalischen Eigenschaft des Lichts im Vergleich zu einer Kalibration ermittelt wird, the glucose concentration is determined at least one Detekti onsschritt particular physical property of the light in comparison with a calibration in an evaluation based on the change,
dadurch gekennzeichnet, daß characterized in that
in dem Detektionsschritt als mit der Glucose-Konzen tration korrelierende meßbare Eigenschaft ein der Laufzeit des Lichtes innerhalb der biologischen Matrix zwischen einem definierten Einstrahlungsort und einem definierten Detektionsort entsprechender Parameter bestimmt wird. in the detection step as with the glucose concen tration correlating measurable property of a running time of the light within the biological matrix between a defined irradiation site and a defined detection corresponding parameter is determined.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßabstand zwischen dem Einstrahlungsort und dem Detektionsort kleiner als 4 cm, bevorzugt kleiner als 3 cm und besondere bevorzugt kleiner als 2 cm ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the measurement distance between the irradiation site and the detection site is less than 4 cm, preferably less than 3 cm and especially preferably less than 2 cm.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der der Laufzeit des Lichtes entsprechende Parameter bei mehreren unter schiedlichen Meßabständen zwischen Einstrahlungsort und Detektionsort bestimmt und in dem Auswerteschritt die Abhängigkeit der Laufzeit des Lichtes von dem Meßabstand zur Ermittlung der Glucosekonzentration verwendet wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the corresponding parameter in the evaluation step the dependence of the duration of the light is determined at several difference handy measurement distances between the irradiation site and the detection site and the duration of the light used by the measurement distance for the determination of glucose concentration.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Detektionsschritt zur direkten Bestimmung der Laufzeit ein kurzer Impuls des Primärlichtes in die biologische Matrix eingestrahlt und der resultierende an dem Detektions ort austretende Impuls detektiert wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the detection step for the direct determination of the term irradiated, a short pulse of primary light into the biological matrix and the resulting at the detection location exiting pulse is detected.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des kurzen Impulses des Primärlichtes weniger als eine 1 ns, vorzugsweise weniger als 100 ps, besonders bevorzugt weniger als 20 ps, beträgt. 5. The method according to claim 4, characterized in that the duration of the short pulse of primary light is less than 1 ns, preferably less than 100 ps, ​​more preferably less than 20 ps.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Detektionsschritt das Pri märlicht mit einer hochfrequenten Trägerfrequenz moduliert und die Phasenverschiebung des Sekundär lichts gegenüber dem Primärlicht als der Laufzeit entsprechender Parameter bestimmt wird. 6. A method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in the detection step, the Pri märlicht modulated with a high-frequency carrier frequency and the phase shift of the secondary light is determined in relation to the primary light as the term corresponding parameter.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Detektionsschritt die Änderung der AC-Amplitude der Modulation des Sekundärlichtes in Rela tion zu der AC-Amplitude der Modulation des Primär lichtes bestimmt und zusätzlich zu der Phasenver schiebung in dem Auswerteschritt zur Ermittlung der Glucosekonzentration verwendet wird. 7. The method according to claim 6, characterized in that the change in AC amplitude of the modulation of the secondary light in Real tion to the AC amplitude of the modulation of the primary determines the light in the detection step, and in addition to the Phasenver shift in the evaluation step to determine the glucose concentration is used.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Detektionsschritt die Änderung der DC-Amplitude des Sekundärlichtes in Relation zu der DC-Amplitude des Primärlichtes be stimmt und zusätzlich zu der Phasenverschiebung in dem Auswerteschritt zur Ermittlung der Glucosekonzen tration verwendet wird. 8. A method according to any one of claims 6 or 7, characterized in that in the detection step the change of the DC amplitude of the secondary light in relation to the DC amplitude of the primary light agrees be in addition to the phase shift in the evaluation step to determine the glucose concen tration is used.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfrequenz mehr als 50 MHz, bevorzugt mehr als 200 MHz, besonders bevorzugt mehr als 500 MHz beträgt. 9. The method according to any one of claims 6 to 8, characterized in that the carrier frequency greater than 50 MHz, preferably more than 200 MHz, more preferably is more than 500 MHz.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mindestens einen Detekti onsschritt das Primärlicht mit mehreren unterschied lichen Trägerfrequenzen moduliert und jeweils die Phasenverschiebung des Sekundärlichtes gegenüber dem Primärlicht zur Bestimmung der mittleren optischen Weglänge gemessen wird. 10. The method according to any one of claims 6 to 9, characterized in that in the at least one Detekti onsschritt the primary light with a plurality of different handy carrier frequencies modulated and in each case the phase shift of the secondary light compared with the primary light for determining the average optical path length is measured.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem mindestens einen Detekti onsschritt das Primärlicht gleichzeitig an zwei ver schiedenen Einstrahlungsorten so eingestrahlt wird, daß sich die von den beiden Einstrahlungsorten ausge henden, in der biologischen Matrix propagierenden Lichtintensitätswellen überlagern und eine von der Laufzeit des Lichts zwischen den Einstrahlungsorten und einem definierten Detektionsort abhängige aus der Überlagerung resultierende Änderung des an dem defi nierten Detektionsort detektierten Lichtes als der Laufzeit entsprechender Parameter in dem Detektions schritt bestimmt und in dem Auswerteschritt zur Er mittlung der Glucosekonzentration verwendet wird. 11. The method according to any one of claims 6 to 10, characterized in that is radiated into the at least one Detekti onsschritt the primary light simultaneously at two ver different irradiation sites in such a way that out of the two irradiation sites Henden, propagating in the biological matrix light intensity waves superimpose and one from the light travel time between the irradiation sites and a defined detection site dependent from the superposition resulting change of the detected at the defi ned detection location light as the term corresponding parameter in the detection step determines and in the evaluation step to He averaging the concentration of glucose is used.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Phasenlage und die relative Intensi tät des an den beiden verschiedenen Einstrahlungsor ten eingestrahlten Primärlichtes so eingestellt ist, daß die an dem Detektionsort detektierte Änderung in Abhängigkeit von der Glucosekonzentration maximal ist. 12. The method according to claim 9, characterized in that the relative phase and the relative Intensi ty of the irradiated primary light th at the two different Einstrahlungsor is adjusted so that the detected at the detection site change in response to the glucose concentration is a maximum.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenlage der Modulation des an den beiden unterschiedlichen Einstrahlungsorten eingestrahlten Primärlichtes sich um ungefähr 180° unterscheidet. 13. The method according to claim 10, characterized in that the phase position of the modulation of the incident on the two different irradiation sites primary light is different by approximately 180 °.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektionsort zwischen zwei jeweils durch einen der Einstrahlungsorte und senk recht zu der Verbindungsgeraden beider Einstrahlungs orte verlaufenden Grenzgeraden liegt. 14. A method according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the detection site between two respectively through one of the irradiation sites and perpendicular to the connecting line of both right irradiance locations extending boundary line is located.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektionsort innerhalb eines Grenzkreises liegt, der durch beide Einstrahlungsorte verläuft. 15. The method according to claim 14, characterized in that the detection location is within the boundary circle passing through both irradiation sites.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden verschiedenen Ein strahlungsorte ungleiche Meßabstände zu dem Detekti onsort haben. 16. The method according to any one of claims 11 to 15, characterized in that the two different A have onsort radiation places unequal measuring distances to the Detekti.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die biologische Matrix ein Gewebe eines Säugers ein schließlich des Menschen ist, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Einstrahlungsorte so gewählt ist, daß auf dem Lichtweg zu dem Detektionsort ein größeres Blutgefäß liegt, und der zweite Einstrahlungsort so gewählt ist, daß auf dem Lichtweg zu dem Detektions ort kein vergleichbar großes Blutgefäß liegt. 17. The method according to any one of claims 11 to 16, wherein the biological matrix finally is human tissue of a mammal a, characterized in that one of the irradiation sites is selected such that on the optical path to the detection site a larger blood vessel is located, and second irradiation is chosen so that on the optical path to the detection place no comparable large blood vessel is located.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des Pri märlichts zwischen 400 nm und 2500 nm liegt. 18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the wavelength of the Pri is märlichts between 400 nm and 2500 nm.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des Pri märlichtes in einem Bereich gewählt ist, in dem die Absorption einer wäßrigen Glucoselösung eine geringe Abhängigkeit von der Glucosekonzentration zeigt. 19. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the wavelength of the Pri märlichtes is selected in a range in which the absorption of an aqueous glucose solution shows a small dependence on the glucose concentration.
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des Primärlichts zwischen 750 und 850 nm, vorzugsweise zwischen 780 und 825 nm, beson ders bevorzugt zwischen 800 und 805 nm, liegt. 20. The method according to claim 18, characterized in that the wavelength of the primary light 750-850 nm, preferably 780-825 nm, DERS particular preferred is 800-805 nm.
21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des Primärlichts zwischen 1150 und 1350 nm, vorzugsweise zwischen 1200 und 1300 nm, liegt. 21. The method according to claim 18, characterized in that the wavelength of the primary light from 1150 to 1350 nm, preferably 1200-1300 nm.
22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge des Primärlichtes zwischen 1600 und 1800 nm, vorzugsweise zwischen 1630 und 1770 nm, besonders bevorzugt zwischen 1630 nm und 1670 nm oder 1730 nm und 1770 nm liegt. 22. The method according to claim 18, characterized in that the wavelength of the primary light from 1600 to 1800 nm, preferably between 1630 and 1770 nm more preferably between 1630 nm and 1670 nm or 1730 nm and 1770 nm.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur an dem Detektionsort vorzugsweise berührungslos gemessen und in dem Auswertealgorithmus berücksichtigt wird. 23. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature is preferably measured without contact at the detection site and taken into account in the evaluation algorithm.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur an dem Detektionsort konstant gehalten wird. 24. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature is kept constant at the detection site.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die biologische Matrix eine biologische Flüssigkeit, insbesondere Blut, ist. 25. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the biological matrix is ​​a biological fluid, particularly blood.
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die biologische Matrix ein biologisches Gewebe ist. 26. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the biological matrix is ​​a biological tissue.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das biologische Gewebe Hautgewebe, insbesondere an der Fingerbeere, der Oberbauchdecke, dem Nagel bett, der Lippe, der Zunge oder dem inneren Oberarm des Menschen oder des Gewebe der Skleren ist. 27. The method according to claim 26, characterized in that the biological tissue skin tissue, in particular at the finger pad, the upper abdominal wall, the nail bed is, in the lip, tongue or the inner upper arm of the human or tissue of the sclerae.
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